Автореферат (1172860), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

В работе представлен анализ формул для расчетадинамики удельной массовой скорости выгорания жидкости и результатовсоответствующих экспериментальных исследований, известных из литературы.При численном моделировании физических процессов, протекающих вусловиях пожара в помещении, в программном комплексе Mathworks –MATLAB были реализованы два алгоритма решения: согласно интегральнойматематической модели профессора Ю.А.

Кошмарова, согласно разработанноймодифицированной интегральной математической модели, учитывающейработу СДУ. В ходе выполнения численного эксперимента варьировалисьследующие параметры, влияющие на протекание физических процессов припожаре: среднемассовая температура газовой среды; среднеобъемная плотностьсмеси газов; среднеобъемные плотности компонентов газовой среды (кислороди токсичные газы); массовые расходы уходящих газов (продуктов горения) ипоступающего воздуха через естественную вентиляцию; массовый расходуходящих газов через СДУ; удельная массовая скорость выгорания жидкости;вид функции режима пожара. Результаты численных вычисленийсистематизированы, для этой цели численный эксперимент разбит на серии, длякоторых используемые равенства указаны в таблице 2.Таблица 2 – Равенства, используемые для численных вычислений№Интегральная математическаяУдельная массовая скорость выгорания жидкостисериимодель пожара1модель Ю.

А. Кошмарова2модифицированная модель0 уд  K уд (1  K )3модель Ю. А. Кошмарова4 уд0,23(Ga  Gв х )LO2  S f уд   /  * , при    * ;  уд , при    * ,0 уд 0,3  0,7  /  * , при    * ;0 уд , при    * ,0В формулах таблицы 2:  уд(кг/м2·с) – удельная скорость выгорания наоткрытом воздухе; Ga, Gвх (кг/с) – массовые расходы поступающего воздухачерез естественную и приточную вентиляцию соответственно; Sf (м2) –площадь горения; К – функция режима пожара, описываемая эмпирическимуравнением;  * – время стабилизации горения.На рисунках 4 и 5 представлены графики изменения среднеобъемнойплотности газовой среды в целом и среднемассовой температуры в зависимости23от времени горения с учетом работы СДУ. Наблюдаемое расхождениерезультатов вычислений, выполненных по зависимостям 1 и 2 серии,объясняется тем, что в первые 90 с развития пожара СДУ находится ввыключенном состоянии.

Отличие кривых, полученных в соответствии с 1 и 3,4 сериями, обусловлено использованием различных выражений для удельноймассовой скорости выгорания жидкости в соответствии с таблицей 2.Среднеобъемная плотность газовой среды,кг/м31,221,21,181,161,141,121,104080120Время, сСерия 2Серия 3Серия 1160Серия 4Рисунок 4 – Средняя по объему плотность газовой среды от времениСреднемассовая температура, К315310305300295290040Серия 180Время, сСерия 2120Серия 3160Серия 4Рисунок 5 – Среднемассовая температура газовой среды24Анализ численных результатов показывает, что время включения иобъемный расход СДУ практически не оказывают влияние на динамикуудельной массовой скорости выгорания этилового спирта, что находится внекотором противоречии с протекающими при этом физическими явлениями.Чтобы применить полуэмпирические зависимости для массовой скоростивыгорания пожарной нагрузки, необходимо экспериментальным путемполучить установившуюся удельную массовую скорость выгорания жидкости ивремя стабилизации процесса горения в случае заданных конкретных условий.В шестой главе представлены результаты экспериментальныхисследований с целью получения регрессионных уравнений, описывающихзависимость удельной массовой скорости выгорания твердых материалов ижидкости от объемного расхода СДУ и времени ее включения.

При проведенииэкспериментальных исследований по определению закона изменениянеустановившейся удельной массовой скорости выгорания горючих материаловбыла разработана и выполнена физически модель помещения, представленнойна рис. 6.С целью получения достоверных регрессионных уравнений, а такжесокращения количества опытов при определении последовательностипроведения экспериментальных исследований был применен композиционныйплан Бокса-Уилсона, имеющий 3-ий порядок и дополнение в виде «звездныхточек».

С помощью выбранного плана выполнена первичная статистическаяобработка результатов проведенных серий эксперимента. Окончательнорегрессионное уравнение, описывающее динамику удельной массовой скоростивыгорания твердых материалов с учетом времени включения и объемногорасхода СДУ, принимает вид: s  (8,4  3  k1  0,14  k2  0,85  k3  0,39  k1k2  1,13  k1k3  0,23  k2 k3 (13) 1,21  k4  2,12  k5  2,64  k6 ) 103 ,гдеk1   9070;k2  *  5024;W  0,018k3  в;0,0062   90 k4    0,73 ; 70 2  *  50  W  0,018   0,73; k 6   вk5    0,73 ;240,006τ* (с) – время срабатывания СДУ; Wв (м3/с) – объемный расход СДУ,d в2 vв , dв (м) – диаметр вытяжного отверстия;определяемый равенством Wв 4vв, (м/с) – среднее значение скорости.2Чтобы в полученном уравнении (13) было возможным учитывать впервом приближении физико-химические свойства горючего материала,вычтем из правой части среднее значение начальной удельной массовойскорости горения этого материала.25Рисунок 6 – Модель помещения с системой дымоудаленияПриходим к уравнению вида: s   s 0  (k0  3  k1  0,14  k2  0,85  k3  0,39  k1k2  1,13  k1k3  0,23  k2 k3 0,0160,0140,0120,010,0080,0060,0040,00202122232425262728292102112122132142152162172182192202212222232242252Удельная массовая скорость выгорания, кг/м2 с(14) 1,21  k4  2,12  k5  2,64  k6 ) 103 ,2где ψs0, кг/(м ·с) – начальное значение удельной массовой скорости горениятвердого горючего материала; k0 = 8,4 – ψs0·103.Визуальное сравнение расположения экспериментальных точек ирегрессионной кривой показано на рисунке 7.Время, сРезультаты экспериментаРезультаты разработанного регрессионного уравненияРисунок 7 – Зависимость удельной массовой скорости горения твердого материала отвремени26Среднеобъемная парциальная плотностькислорода, кг/м3При переходе от физической модели к натурному объекту вмасштабировании коэффициентов регрессионного уравнения примененыметоды теории подобия.На базе модифицированной интегральной математической модели,предложенной в главе 5, с учетом допущений, характерных для начальнойстадии развития пожара, получены аналитические зависимости, описывающиезаконы изменения основных параметров газовой среды с применением такжеразработанного регрессионного уравнения динамики удельной массовойскорости выгорания жидкости при неустановившемся процессе горения.Выполнено сравнение графических зависимостей для законов изменения стечением времени основных параметров газовой среды, полученныхчисленным решением системы разрешающих уравнений модифицированнойинтегральной математической модели (серия № 5) и с помощью указанныханалитических зависимостей (серия № 6).

На рисунке 8 представленысоответствующие результаты для среднеобъемной парциальной плотностикислорода в газовой среде.0,2850,280,2750,270,2650,260,2550,250,2451591317Время, сСерия 5Серия 6Рисунок 8 – Среднеобъемная парциальная плотность кислорода в газовой среде отвремениНа начальной стадии развития пожара имеет место удовлетворительнаясходимость результатов. Наблюдаемое при увеличении временного интерваларасхождение кривых объясняется тем, что при получении аналитическихзависимостей были приняты ряд гипотез и упрощений, имеющих место лишьна начальной стадии развития пожара.

Следовательно, с увеличением времени,достоверность численных данных, полученных с помощью аналитическихзависимостей, уменьшается.27На базе модифицированной интегральной математической моделипожара, учитывающей функционирование СДУ при неустановившемсяпроцессе горения жидкости, в среде пакета Matlab разработан программныйкомплекс. Он позволяет рассчитывать значения основных параметров газовойсреды при протекающих тепломассообменных процессах пожара, а такжевычислить необходимое время для эвакуации людей, которое имеетопределяющее значение при оценке величины пожарного риска.В седьмой главе рассмотрены примеры практического решения задачпожаробезопасности для МЦ.

Численное моделирование выполнено сиспользованиемзарегистрированнойвФедеральнойслужбепоинтеллектуальной собственности программы для ЭВМ «Интегральные, зонныеи полевые методы расчета динамики опасных факторов пожара», № 2006614238,разработанной профессором С.В. Пузачем.Приводится расчет пожарных рисков для реконструкции ГосударственногоКремлевского Дворца с учетом работы СДУ, особенности термогазодинамикипожара в многофункциональном торговом комплексе ООО «МЕТРО Кэш эндКерри», в атриуме 5-этажного здания торгово-развлекательного комплекса«Галерея» и в подземной автостоянке торгово-развлекательного комплекса«Вегас II».

Для каждого объекта приведены схемы помещений, наиболееопасные сценарии развития пожара, характерные поля параметров газовойсреды помещения (температура, оптическая плотность дыма, скорость инаправления течения) в продольном и поперечном сечениях для конкретныхмоментов времени.На рисунке 9 показаны характерные поля параметров газовой средыпомещения (температура, оптическая плотность дыма, скорость и направлениятечения) в продольном разрезе, проходящем через место возгорания, взрительном зале Государственного Кремлевского Дворца через 360 с от началапожара.

На рисунке 10 представлены поля дальности видимости в плоскости,параллельной полу в многофункциональном торговом комплексе ООО«МЕТРО Кэш энд Керри», на высоте 2 м от пола (высота рабочей зоны), черезпромежутки времени в 480, 600, 720 и 840 секунд от начала пожара.Анализ полученных данных по динамике ОФП позволяет сделать вывод отом, что в атриумах многофункциональных центров последовательностьблокирования ОФП эвакуационных выходов зависит от особенностейтермогазодинамической картины пожара, которая определяется расположениемисточника возгорания и объемно-планировочными решениями помещений.Наличие в МЦ с атриумами помещений различных классов функциональнойпожарной опасности, существенно отличающихся характеристиками пожарнойнагрузки и объемно-планировочными решениями, приводит к качественному иколичественному отличию термогазодинамической картины пожара отобщепринятых представлений.

Характеристики

Список файлов диссертации