Автореферат (1172860), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Примоделировании пожаров учет работы СДУ выполняется с помощью заданияграничных условий на дымоудаляющих отверстиях в математических моделяхрасчета термогазодинамики пожара. СДУ может работать в расчетном режиме,когда удаляется из помещения в основном смесь продуктов горения и воздуха,поступающего в конвективную колонку над очагом горения.
Однако прибольшой разнице между температурами припотолочного слоя и воздухаснаружи помещения (в случае СДУ с естественным побуждением) или придостаточно большой скорости движения газового потока на входе вдымоудаляющее отверстие (при работе вентилятора СДУ) эффективностьдымоудаления резко снижается из-за того, что воздух из-под припотолочногодымового слоя за счет действия подъемных сил и перепада давлений внутри иснаружи помещения поступает в дымоудаляющее отверстие и препятствуетудалению продуктов горения из помещения. В зарубежной литературевышеуказанное явление получило название “plug-holing”. В интегральной изонной моделях расход удаляемой смеси газов и дыма в случае СДУ сискусственным побуждением задается производительностью вентилятора СДУили по давлению разрежения, создаваемому вентилятором.
При примененииполевой модели необходимо выполнить предварительный расчет поинтегральной или зонной моделям с целью приближенного выбора параметровСДУ, что позволяет резко уменьшить количество трудоемких расчетов пополевой модели и избежать режима “plug-holing”.В выводах по первой главе указана необходимость разработки комплексаматематических моделей расчета динамики ОФП в МЦ, включающегоуточненные модели пожара, которые учитывают специфику объемнопланировочных и конструктивных решений МЦ, например, наличие атриумов инеустановившуюся скорость выгорания горючих веществ.10Во второй главе представлены основные допущения, уравнения идополнительные соотношения интегральной, зонной и полевой математическихмоделей, рассмотрены условия однозначности и методы решения, дан анализнаиболее распространенных в России и за рубежом методов расчета расходаСДУ, предложена методика прогнозирования блокирования путей эвакуацииОФП.В интегральной математической модели дифференциальные уравнения,выражающие законы сохранения энергии и массы для смеси газов в целом иотдельно для каждого газа и кислорода в помещении, учитывающие действиеСДУ и приточной вентиляции приняты общепринятыми, предложеннымипрофессором Кошмаровым Ю.А.
Модификация модели заключается в том,прогрев строительных конструкций помещения определяется с использованиемнестационарных двухмерных дифференциальных уравнений теплопроводности,и распределение температур по высоте помещения принимается в болееподробном виде.В случае зонного метода расчета динамики ОФП также используютсяфундаментальные законы природы – законы сохранения энергии, импульса имассы.
В зонной математической модели газовая среда помещения разделяетсяна характерные области (зоны). Количество и размеры зон определяются изусловия минимизации в пределах каждой из них неоднородностей полейпараметров (температур, концентраций газов и т.д.) газовой смеси или изопределяемыхзадачамиисследованийдругихпредположений.Предполагается, что между зонами припотолочного слоя и холодного воздухасуществует условная граница с бесконечно малой толщиной, при переходечерез которую термогазодинамические параметры смеси газов резкоизменяются. Принимается, что смесь газов является состоящей из идеальныхгазов (кислород, азот, окись и двуокись углерода и т.п.), свойства которых приатмосферном давлении близки к идеальным. Течение внутри конвективнойколонки считаем стационарным и «квазиодномерным» (осредненные в каждомпоперечном сечении колонки термогазодинамические параметры смеси газов влюбой момент времени зависят только от высоты колонки и от текущихпараметров пожара), то есть «предыстория» процесса не принимается вовнимание.
Радиационные и оптические свойства смеси газов в помещенииучитывают влияние мелкодисперсных частиц дыма через использованиеоптической плотности дыма. На параметры конвективной колонки, теплоотводав ограждающие конструкции и тепломассообмена с окружающей средой черезоткрытые проемы геометрическое положение горючего вещества в помещениине влияет.Основными уравнениями зонной модели являются: дифференциальныеуравнения массового расхода, закона сохранения энергии газовой смеси внутриобъема конвективной колонки и выше пламенной зоны, обыкновенныедифференциальные уравнения для определения высоты нижней границыприпотолочного слоя и закона сохранения массы этого слоя для определенияплотности в нем, а также алгебраические равенства, позволяющие рассчитать11массовые расходы и средние температуры смеси газов по высоте колонки, иуравнение состояния идеального газа.
Приводятся условия однозначностизадачи, которые условно разделены на геометрические, физические, начальныеи граничные условия. Полученная в результате разрешающая системауравнений решается численным методом Рунге-Кутта 4-го порядка точности.При рассмотрении полевой математической модели принимаемыедопущения позволяют рассматривать газовую среду помещения как вязкийтеплопроводный сжимаемый газ.
Уравнения модели записаны в ортогональнойсистемекоординатиявляютсянестационарнымитрехмернымидифференциальными уравнениями в частных производных. Основную группууравнений составляют: уравнения неразрывности для газовой смеси в целом идля отдельных компонентов этой смеси, уравнения движения в проекции накоординатные оси, уравнение энергии, уравнение закона сохраненияоптической плотности дыма.Так как количество искомых параметров превышает число уравнений, тодля их решения нужны дополнительные соотношения. Из алгебраическихравенств используется локальное состояние смеси газов и уравнениетеплофизических параметров газовой меси. В основные уравнениядифференциальной модели входят коэффициенты турбулентной вязкости(уравнения движения), турбулентной теплопроводности смеси (уравнениеэнергии) и коэффициент турбулентной диффузии компонентов (уравнениенеразрывности). Для определения коэффициента турбулентной вязкостиприменяется k- модель турбулентности, а сам коэффициент определяется поформуле Колмогорова.
Расчет коэффициентов турбулентной теплопроводностисмеси газов и турбулентной диффузии компонентов смеси проводится сиспользованием тройной аналогии Прандтля. В этом случае (числа Прандтля иЛьюиса равны единице и отсутствуют градиенты давления в потоке газа)уравнения энергии, движения и диффузии становятся тождественными и еслисуществует подобие граничных условий, то есть подобие полей температур,концентраций компонентов смеси и скоростей.Для расчета радиационного теплопереноса в общем виде используетсяинтегро-дифференциальное уравнение переноса лучистой энергии в смесигазов. Это уравнение решается с помощью достаточно точных и универсальныхчисленных способов, например, стохастическим методом Монте-Карло илизональным методом. Однако эти вышеупомянутые методы являются не вполнесовместными с конечно-разностными методами решения дифференциальныхуравнений, описывающих перенос энергии, массы и импульса, в полевоймодели.
Это вызывает необходимость разработки разных численныхалгоритмов, что может привести к значительному усложнению программырасчета на ЭВМ. По этой причине применяются различные приближенныеметоды решения интегро-дифференциального уравнения переноса. Расчетрадиационного теплопереноса в смесях газов с использованием простыхприближенных методов (диффузионного, потокового или моментного)позволяетпреобразоватьинтегро-дифференциальноеуравнениев12дифференциальное уравнение второго порядка в том же виде, как и уравненияэнергии и импульса. Точность диффузионного метода возрастает сувеличением оптической плотности смеси газов (число Бугера превышаетединицу).
Чаще всего для решения задач с горением применяется потоковыйметод, к недостаткам которого относится меньшая точность по сравнению смоментным методом. Широкое применение вышеуказанных методовограничено, так как их точность должна оцениваться сравнением с точнымрешением исходного уравнения или с соответствующими опытными данными.В диссертации рассмотрены четыре приближенных метода расчеталучистого теплопереноса: диффузионный метод (метод моментов), оптическипрозрачный неизлучающий газ, оптически тонкий слой и оптически толстыйслой.
Эти модели различаются между собой значениями коэффициентарадиационной теплопроводности и источникового члена. Сначала находитсяоптическая плотность дыма, по которой рассчитываются коэффициентыпоглощения, ослабления и излучения. Определение локальных характеристиксмеси газов (испускательная, поглощательная и рассеивающая способностьсмеси газов), содержащей частицы дыма с существенной неоднородностью поформе и размерам, с протекающими сложными процессами дробления частиц,их коагуляции и горения во время движения частиц, является чрезвычайносложной задачей.Пламенная зона (область горения) задается с помощью внутреннихисточников энергии и массы или определяется с привлечением информации обэкспериментально измеренных полях температур и других параметров смесигазов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
