Автореферат (1172860), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

При рассмотрении вопросабезопасной эвакуации людей из различных зданий при возникновении пожара водном или нескольких помещениях этого здания необходимо определить, черезкакой промежуток времени тот или иной опасный фактор пожара достигнеткритического значения как в помещении с источником возгорания, так и всмежных с ним помещениях. В этом случае удобно воспользоватьсяинтегральной моделью пожара, описывающей состояние газовой среды вобщем виде, и как самой доступной в получении решения, в ряде случаеваналитического.При рассмотрении начальной стадии пожара разрешающая системапринимается в виде пяти обыкновенных дифференциальных уравнений пожара,которые предложены в работах профессора Кошмарова Ю.А.: уравнениематериального баланса для смеси газов, находящихся в помещении,вытекающее из уравнения неразрывности; уравнение энергии пожара, котороевыводится на основе первого закона термодинамики; уравнения балансаоптического количества дыма, масс кислорода и токсических продуктовгорения.

Эта система дифференциальных уравнений относительно шестинеизвестных функций (ρm(τ) – среднеобъемная плотность газовой среды вцелом (кг/м3); рm(τ) – среднеобъемное давление (Н·м2); Тm(τ) – среднемассовая18температура (К); μm(τ) – среднеобъемная оптическая плотность дыма (Нп/м); mО2 ( ) – среднеобъемная плотность кислорода (кг/м3);  mт.г. ( ) –среднеобъемнаяплотностьтоксичныхгазов(кг/м3))замыкаетсяалгебраическим усредненным уравнением состояния газовой среды впомещении, которое аналогично уравнению Клайперона.

Константыинтегрирования разрешающей системы обыкновенных дифференциальныхуравнений определяются начальными условиями до развития пожара впомещении.На начальной стадии развития пожара можно предположить: отсутствиепоступление воздуха извне; постоянное среднее давление, равное давлениюнаружного воздуха; незначительные изменения средней температуры иконцентрации кислорода; коэффициент теплопотерь (отношение тепловогопотока, поглощаемого ограждающими конструкциями и излучаемого черезпроемы, к тепловыделению) есть величина постоянная. С учетом этогоуравнение энергии пожара преобразуется к алгебраическому виду и позволяетвывести формулу расхода выходящих из помещения газов в рассматриваемыймомент времени.

Оставшаяся система четырех дифференциальных уравненийне является связанной, решение каждого из них можно искать отдельно.Дифференциальныеуравнения,описывающиеизменениясреднеобъемной плотности, концентраций кислорода и токсичных газовявляютсясразделяющимисяпеременными.Интегрированиемвсоответствующих пределах с учетом начальных условий полученыаналитические выражения для определения критической продолжительностипожара в помещении с очагом возгорания по условию достижения предельноО2допустимых значений температуры Ткр, концентрации кислорода  крит.г .токсичных газов  крТ крnО2крnт. г . крnТ кр (1  С0 )V,lnAC Т кр  C0T0 LO  С 0О2Vln  2О2AС  LO2  С кр(4),(5)Lт.г.V.ln т.

г . AС  Lт.г.  С кр(6)Здесь: V (м3) – объем помещения с очагом возгорания; ρ0 (кг/м3), Т0 (К) –плотность и температура среды до начала пожара; LO2 (кг/кг) – потреблениекислорода (масса кислорода, необходимая для сгорания 1 кг горючеговещества); Lт.г. (кг/кг) – количество выделяемых при горении токсичных газовна единицу массы горючего материала; η – коэффициент полноты сгорания;А   уд v л2 , n = 3 – при круговом распространении пламени; А  b уд vл , n = 2319– при распространении пламени полосой; ψуд (кг/м2·с) – удельная массоваяскорость газификации горючего вещества; vл (м/с) – скорость (линейная)распространенияпламенипоповерхностигорючеговещества;рQ (1   )  iэС н– формальный размерный параметр; Qнр (Дж/кг) – низшаяс рm  0Т 0рабочая теплота сгорания горючего материала; φ – коэффициент теплопотерь; iэ(Дж/кг) – энтальпия продуктов газификации (пиролиз, испарение) горючегоматериала; срm (Дж/кг·К) – удельная изобарная теплоемкость газовой среды.В начальной стадии развития пожара не происходит резкого изменениятаких параметров, как средняя температура, концентрации кислорода итоксичных газов.

Определяющим фактором критического времени эвакуациилюдей является потеря видимости, которая резко снижает ориентацию людей впространстве и оказывает на них значительное психологическое воздействие.При этом промежуток времени достижения критического количества дыма впомещении с очагом возгорания и смежных с ним можно условно разбить надва. В течение первого интервала достигается критическая концентрация дымав помещении с очагом возгорания, в течение второго эта насыщенная газоваясмесь заполняет смежные помещения от потолка до некоторой критическойвысоты от уровня пола hкр. Время достижения критической концентрации дымаμкр в помещении с очагом возгорания можно определить аналогично (4) - (6)V Dд, крnln(7)AC  D  Cкр где D (Нп·м2/кг) – дымообразующая способность горючего материала.дС момента времени  кробразующиеся при горении газы будутвыталкивать из помещения с очагом возгорания через проемы в смежныепомещения (коридоры, соседние комнаты и т.д.) уже плотно задымленнуюгазовую смесь.

Как имеющая более высокую температуру, эта смесьподнимется к потолку и начнет заполнять смежные помещения, опускаясь кполу. Критический объем Vкр всех помещений, смежных с комнатой,охваченным пожаром (на этаже, в отсеке и т.д.) вычисляется как произведениеплощади SΣ всех смежных помещений, на расчетную высоту hрVкр  S  hp ,(8)где hр = h – hкр; h – высота помещений.С помощью выражения для расхода выходящих из помещения с очагомвозгорания газов определяется объем, который масса выталкиваемых газовзаполнит за некоторый конечный промежуток времени. Отсюда полученаVформула для определения критического промежутка времени  кр, в течениекоторого плотная дымовая завеса заполнит объем Vкр:20V крnс рm  0Т 0 S  h pA Qнр (1   )  iэ.(9)Окончательно критическое время эвакуации по потере видимостипринимает вид:S hV DдVn  p . кр   кр  крnln(10)AC  D  Cкр ACПри проведении численного эксперимента установлено, что влияниеэнтальпии продуктов газификации горючего материала на величинусреднеобъемной плотности дыма весьма незначительно.

Так, в представленнойниже таблице 1 приведены значения μm в различные моменты времени,посчитанные для древесины с учетом энтальпии и без учета этой величины припрочих равных параметрах и круговом распространении пламени. Анализполученных табличных данных позволяет сделать вывод о возможностипренебрежения в дальнейших расчетах энтальпией продуктов газификациигорючих материалов (iэ=0).Таблица 1 – Значения μm в различные моменты времениτ, с015304560μm при iэ=1,8∙10600,02690,21270,69871,5717μm при iэ=000,02690,21320,70421,6012Исходя из результатов теоретических и экспериментальныхисследований, можно предположить подобие поля температур и поляконцентрации дыма.

Тогда по аналогии с формулой распределениятемпературы, предложенной В.Н. Тимошенко, распределение плотности дымапо высоте помещения определяется выражением видаzz 4 ,8  0  (m  0 ) e h ,(11)hгде μ0 – начальное значение плотности дыма;  z – плотность дыма на высотеz от уровня пола; h – высота помещения.zНа рисунке 3 представлено распределение плотности дыма по высотепомещения до рабочей высоты 1,8 м при круговом распространении пламени впомещении объемом 60 м3 в различные моменты времени.21Рисунок 3 – Распределение плотности дыма по высоте помещения до рабочей высоты1,8 м при круговом распространении пламени в помещении объемом 60 м3 в моментывремени: τ = 10 с (кривая 1), τ = 20 с (кривая 2), τ = 30 с (кривая 3)Равенство (11) позволяет определить период времени, в течение которогоплотность дыма достигнет своего критического значения  крz на уровне z отуровня пола:д кр( z)  nVDln zAC  4 ,8hz D  C (  кр   0 ) e hz.(12)В работе построены графические зависимости при различных параметрах,входящих в исходные равенства.

Дан анализ условий применимостипредставленных аналитических формул и полученных с помощью этихравенств графических зависимостей.В пятой главе представлена разрешающая система дифференциальныхуравнений модифицированной интегральной модели пожара в условиях работыСДУ с учетом ее времени включения и объемного расхода. При этомпредполагается, что газообмен через естественную вентиляцию осуществляетсяв двустороннем направлении, а СДУ работает в одностороннем – на вытяжку.Учитывается также конвективная и радиационная составляющие процессатеплообмена в ограждающие конструкции.22Для получения решения представленной системы уравнений к нейнеобходимо присоединить дополнительное равенство, которое описывает вдинамике удельную массовую скорость выгорания твердых материалов ижидкости при неустановившемся процессе ее выгорания, а также учитываетфункционирование СДУ.

Характеристики

Список файлов диссертации