Диссертация (1172861), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Начальные условия задачи (при =0):- неподвижная смесь (воздух) кислорода и азота заполняет помещение:X O2  X N2  1; XO2=0,23; XN2=0,77; XН2=0; wx  wy  wz  0 ;параметры смеси газов:- температура To;- распределение статического давления по высоте помещения:gzpoRToe;p1- массовая скорость газификации горючего вещества: г=0.2.3.5. Метод решения системы уравненийПри решении трехмерных нестационарных уравнений в частныхпроизводных (2.20)-(2.26), (2.30) и (2.31) используется конечно-разностныйметод контрольных объемов [64].

Дискретный аналог уравнений в случаетрехмерной задачи имеет вид:aP P  aE E  aW W  aN N  aS S  aT T  aB B  b ,76(2.47)   D A P    F ,0  ; a  D A P    F ,0  ;где aE  DE A PE   FE ,0 ; aN  DN A PN  FN ,0 ; aT  DT A PT   FT ,0 ;aW  DW A PW   FW ,0 ; aSSSSBBBBaPo  oP xyz /  ; aP  aE  aW  aN  aS  aT  aB  aPo  S P xyz ; b  SC xyz  aPo  oP ;op – величина плотности на предыдущем временном шаге; op – величина функции на предыдущем временном шаге;x, y, z – шаг расчета вдоль координатных осей, соответствующих OX, OY,OZ; – временной шаг расчета;A P   0, 1  0,1 P  .5Для решения системы алгебраических уравнений (2.47) необходимаследующая последовательность:*1) необходимо задать поле давления (приближенно) p  f ( x , y, z) ;2) определяются поля скоростей wx*, wy* и wz* с помощью решенияалгебраических уравнений (2.47), которые соответствуют уравнениямдвижения (2.23)-(2.25);3) определяется поле поправок давленияp’ с помощью решенияуравнения (2.22);4) производится расчет скорректированного поля давлений p=р*+р';5) выполняется расчет полей проекций скоростей на координатные оси;6) определяются поля остальных физических параметров задачи(температура, концентрации компонентов газовой смеси, коэффициенты теплои массопереноса, теплофизические свойства) из решения алгебраическихуравнений (2.47), которые соответствуют уравнениям неразрывности смесигазов (2.22) и ее отдельных газов (2.27), уравнению энергии смеси газов (2.26),уравнений модели турбулентности k- (2.32) и (2.33);7) скорректированное давление p принимается как новое p* и расчетначинается снова с пункта 2.77Алгоритм повторяется до получения сходящегося решения, когда отличиепараметров смеси газов на соседних итерациях меньше заранее заданнойвеличины (например, Т(k+1)-T(k)<0.01, где k+1, k – номер текущей ипредыдущей по времени итерации).2.4.

Расчет расхода системы противодымной вентиляцииНаиболее распространенными методами расчета, которые используются вРоссии и за рубежом, являются следующие.Расход (массовый) системы противодымной вентиляции равен согласно[161]:Gsm  C d5/2 T T 2o T21/ 2T oT 21/ 2,(2.48)где Gsm (кг/с)  расход (массовый) системы противодымной вентиляции;d (м)  толщина слоя смеси газов под отверстием системы противодымнойвентиляции (или толщина припотолочного слоя);  коэффициент, который характеризует расположение отверстий системыпротиводымной вентиляции;С = 3,13.В соответствии с [161], значение  = 2,0 рекомендуется в случаерасположения вытяжных отверстий на потолке помещения рядом со стенамиили на стенах рядом с потолком, и  = 2,8 в случае расположения отверстий напотолке вдалеке от стен.Критический расход (массовый) системы противодымной вентиляции,когда еще не происходит захват холодного воздуха из соответствующей зоны (вдымоходы системы противодымной вентиляции поступает только смесь газовиз припотолочного слоя), равен согласно работе [161]:1,33o gd 5To T2 To Gcr T2781/ 2,(2.49)где Gcr (кг/с)  критический расход (массовый) системы противодымнойвентиляции.В формулах (2.48) и (2.49) отсутствуют размеры (или площадь) отверстийсистемы противодымной вентиляции, которые существенно влияют натермогазодинамическуюкартинутечениявблизиних.Этоявляетсясущественным недостатком вышеупомянутых выражений.Расход (массовый) системы противодымной вентиляции определяется как[17, 18]:Gsm  0,03Qс3/5zв ,(2.50)где Qc (Вт)  тепловая конвективная мощность, выделяющаяся в очаге горения;zв (м)  высота от уровня пола незадымляемой зоны помещения.Производительностьсистемыпротиводымнойвентиляцииравнасогласно [17, 18]:Gsm  0,188Пzв3 / 2 ,(2.51)где П (м)  периметр пламенной зоны.Выражение (2.51) корректно при П < 12 м и zв < 4 м [17, 18].Формулы (2.48)-(2.51) получены в конкретных условиях проведенияэкспериментов, не отвечают требованиям теории подобия процессов тепло- имассообмена, и в основе их вывода лежат два основных допущения:- конвективная колонка, образующаяся над источником пожара, считаетсянеограниченной свободно-конвективной струей;- влияние изменения по времени параметров припотолочного газовогослоя не принимается во внимание, то есть термогазодинамическая картинапожара рассматривается как «квазистационарная».Следовательно применение выражений (2.48)-(2.51) при прогнозированиидинамики ОФП в помещениях с большой высотойнекорректно из-заневозможности обеспечения выполнения необходимых и достаточных условийтеории подобия [41, 69], что требует уточнения вышеуказанных формул кконкретным условиям развития пожара.792.5.

Методика прогнозирования времени блокирования путейэвакуацииРасчет динамики ОФП в помещениях МЦ, который определяет времяблокирования путей эвакуации ОФП, состоит из нескольких этапов:- подготовка исходных данных;- выбор наиболее опасных сценариев развития динамики ОФП;- выбор математической модели;- выбор способа численного решения;- выполнение расчетов с использованием ЭВМ;- анализ полученных результатов расчетов.На рис. 2.4 приведена блок-схемаметодики выполнения расчётовдинамики ОФП.Подготовка исходных данныхВыбор наиболее опасных сценариев развитиядинамики ОФПВыбор соответствующей математическоймоделиВыбор способа решения дифференциальныхуравненийОпределение удельных коэффициентовобразования токсичных газовВыполнение расчетов с использованием ЭВМАнализ результатов расчёта на ЭВМРис.

2.4. Блок-схема методики выполнения расчётов динамики ОФП80Подготовка исходных данных для решения задачи состоит из выборачисленных величин параметров, входящих в математические модели, на основеанализа следующих материалов:- объемно-планировочные и конструктивные решения помещений МЦ;- вид, количество и расположение в помещениях горючих веществ иматериалов.Геометрические характеристики задачи определяются с использованиемпроектно-конструкторскойдокументации,отражающейобъемно-планировочные решения МЦ.

Ортогональная система координат привязываетсяк конкретному помещению. В первую очередь задается расположениецентральной точки ортогональной системы координат (например, правыйнижний угол помещения). Координатную ось x направляем вдоль длиныпомещения, ось у - вдоль ширины помещения, а ось z направлена вертикально.Геометрические характеристики помещения МЦ необходимы следующие:а) полевая модель:- помещение:имеет форму параллелепипеда: длина, ширина и высота;имеетпроизвольную форму:дляограждающихстроительныхконструкций координаты внутренних поверхностей; для дверей в помещенииширину, высоту и координаты одного угла; для горючего вещества координатырасположения границы открытой поверхности.- двери в помещении: ширина, высота и координаты одного угла;- окна в помещении: ширина, высота и координаты одного из углов;- горючее вещество: координаты для границ поверхности.б) для зонной модели:- характеристики помещения:форма параллелепипеда: длина, ширина и высота помещения;произвольная форма: площадь потолка помещения, высота помещения;- двери: ширина, высота;- окна: ширина, высота, координаты одного угла;81- горючее вещество: площадь открытой поверхности.Характеристики горючих веществ, выбранных с помощью анализаобъемно-планировочных решений и функционального назначения помещенийМЦ, а также их расположения в помещении, определяются из базы типовойпожарной нагрузки [41].

Для проведения расчетов по всем моделям пожаранеобходимы следующие параметры горючего вещества:- удельная массовая скорость выгорания;- низшая рабочая теплота сгорания;- линейная скорость распространения пламени в случае твердогогорючего вещества;- время стабилизации горения (для горючей жидкости);- удельный коэффициент потребления кислорода при горении;- удельный коэффициент дымовыделения;- удельные коэффициенты выделения токсичных продуктов горения;- суммарная масса горючего вещества.Для выбора используемого при расчете сценария пожара проводитсяанализхарактеристикобъекта,позволяющийопределитьнаиболеенеблагоприятный вариант развития пожара, характеризующийся наибольшимтемпом нарастания величин ОФП в рассматриваемом помещении.На основе анализа объемно-планировочных решений помещений МЦсогласно методики [22, 54] производится выбор математической моделирасчета динамики ОФП.В соответствии с выбранной математической моделью определяютсяусловия однозначности задачи.При применении полевой модели для конкретной геометрии помещенийразрабатываются трехмерные неравномерные конечно-разностные сетки,разбивающие внутренние объемы помещений и строительных конструкций наконтрольные объемы.Расчет на ЭВМ заканчивается в момент прекращения горения последующим причинам:82- полное выгорание горючего вещества в помещении;- снижение концентрации кислорода в помещении до значения, прикотором прекращается горение.Расчет с использованием интегральной модели позволяет найтизависимости следующих характеристик смеси газов и параметров тепло- имассообмена от времени:- среднеобъемные температуры, давление, концентрации продуктовгорения, кислорода, азота, огнетушащего газа, оптическая плотность дыма идальность видимости в смеси газов помещения;- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха, поступающего внутрь помещения, через открытые проемы;- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха,поступающеговнутрьпомещения,черезпроемысистемпротиводымной и приточной вентиляции;- средние температуры ограждающих конструкций;-тепловыепотоки,поступающиевограждающиеконструкциипомещения.Расчет с использованием зонной модели позволяет найти зависимостиследующих характеристик смеси газов и параметров тепло- и массообмена отвремени:- среднеобъемные температура, давление, концентрации продуктовгорения, кислорода, азота и огнетушащего газа, оптическая плотность дыма идальность видимости в смеси газов, находящейся в припотолочном слое;- нижняя граница зоны припотолочного слоя;- зависимости от высоты конвективной колонки массового расхода смесигазов через поперечное сечение колонки, осредненных по поперечномусечению температур и эффективной степени черноты смеси газов;- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха, поступающего внутрь помещения, через открытые проемы;83- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха,поступающеговнутрьпомещения,черезпроемысистемпротиводымной и приточной вентиляции;- средние температуры ограждающих конструкций;-тепловыепотоки,поступающиевограждающиеконструкциипомещения.Расчет с использованием полевой модели позволяет найти зависимостиследующих характеристик смеси газов и параметров тепло- и массообмена отвремени:- локальная температура, давление, массовые концентрации токсичныхгазов, продуктов горения, кислорода, азота, огнетушащего газа, оптическаяплотность дыма и дальность видимости в смеси газов в помещении;- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха, поступающего внутрь помещения, через открытые проемы;- расходы смеси газов, выходящей из помещения наружу, и наружноговоздуха,поступающеговнутрьпомещения,черезпроемысистемпротиводымной и приточной вентиляции;- локальные температуры в ограждающих конструкциях;- тепловые потоки, поступающие в перекрытие, стены и пол помещения,а также отводящиеся через проемы помещения.Расчеты динамики ОФП позволяют определить величины критическихпродолжительностей пожара по отдельным ОФП, что позволяет рассчитатьнеобходимое время эвакуации [41, 54]: н  min  крп.в.

, крТ , крт.г. , крO , крт.п.,2где крп.в. , крТ , крт.г. , крO , крт.п. 2(2.52)критические продолжительности пожара последующим ОФП: потеря видимости, температура, токсичные продуктыгорения, кислород и тепловой поток.842.6. Выводы по второй главе1. Предложенная методика расчета времени блокирования путейэвакуации ОФП в помещениях многофункциональных центров с применениемразработанной модификации зонной модели имеет следующие основныеотличия от существующих методик:- впервые учтена форма конвективной колонки, изменяющаяся из-завлияния ограждающих строительных конструкций помещения и работы системпротиводымной и приточной вентиляции;- впервые в дифференциальное уравнение, выражающее закон сохранениямассы припотолочного слоя, введен коэффициент, который учитывает разницумеждулокальнойтемпературойудаляемойсистемойпротиводымнойвентиляции смеси газов и среднеобъемной температурой припотолочного слоя.2.

Характеристики

Список файлов диссертации