Диссертация (1172861), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Предложенная методика расчета времени блокирования путейэвакуации ОФП в помещениях многофункциональных центров, использующаямодифицированную интегральную и зонную, а также полевую математическиемодели позволяет рассчитать величину необходимого времени эвакуациилюдей с учетом работы систем противодымной и приточной вентиляции,распределений локальных температур вдоль толщины припотолочного слоя,реальных химических и теплофизических параметров горючих веществ иматериалов строительных конструкций помещения.3. Модифицированная зонная математическая модель позволяет при ееиспользовании значительно (в десятки раз) сократить трудозатраты на введениеисходныхданныхивремярасчетана ЭВМв случаевыполнениямногосценарных расчетов динамики ОФП для нахождения необходимоговремени эвакуации людей из помещений многофункциональных центров,которое является основой для обеспечения выполнения условия безопаснойэвакуации людей.4.Предложенная методика расчета времени блокирования путейэвакуации ОФП имеет достаточную инженерную точность расчета прирешении практических задач пожарной безопасности.855.
Разработан комплекс математических моделей расчета динамики ОФПв МЦ с использованием уточненных моделей пожара, которые учитываютспецификуобъемно-планировочныхинапример, наличие атриумов.86конструктивныхрешенийМЦ,ГЛАВА 3. МОДИФИКАЦИЯ ЗОННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИРАСЧЕТА ТЕРМОГАЗОДИНАМИКИ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ,УЧИТЫВАЮЩАЯ ФОРМУ КОНВЕКТИВНОЙ КОЛОНКИ3.1.Постановка задачиСкорость опускания припотолочного нагретого задымленного газовогослоя в высоких помещениях (атриумах, кинотеатрах и т.д.), расположенных вмногофункциональных центрах, определяется, в первую очередь, величинойрасхода продуктов горения и воздуха в конвективной колонке, которыйнатекает в припотолочный слой.Прииспользованиизоннойматематическоймоделирасчетатермогазодинамики пожара в качестве основного допущения принимается, чтоконвективнаяколонканадисточникомгоренияпредставляетсобойнеограниченную свободно-конвективную струю [41].Однако, как показано в работах [74, 75, 153], влияние на форму колонкиперекрытия и стен помещения существенно и требует проведения дальнейшихисследований.
В связи с этим уточнение зонной модели с учетом формыконвективнойколонки,образующейсянадисточникомгоренияиподверженной влиянию ограждающих конструкций помещения, являетсяактуальной научной и практической задачей.В работах [74, 75, 153] исследование угла раскрытия и формыконвективнойколонкивыполненонаосновепроведениячисленныхэкспериментов с использованием трехмерной полевой модели расчетатермогазодинамики пожара. Также в этих работах в дифференциальномуравнении для расчета распределения массового расхода по высоте колонкииспользуется средняя величина угла полураскрытия колонки, в то время как вданной работе учитывается локальное распределение угла полураскрытия повысоте колонки (уравнение (2.14)).
В данной работе теоретическая модельподтверждается результатами проведенных натурных экспериментов.87Целью исследований является теоретическое и экспериментальноеизучение угла полураскрытия конвективной колонки в помещении.3.2. Трехзонная модель расчета тепломассообмена при пожареЗонныемоделирасчетадинамикиопасныхфакторовпожараприменяются для изучения начальной стадии пожара. На этой стадиираспределение параметров газовой смеси в объеме помещения отличается отдругих стадий пожара существенной неоднородностью [41]. В объемепомещения в этом случае можно условно выделить несколько зон, которыесущественно отличаются друг от друга параметрами газовой смеси.
По мереразвития пожара границы выделенных зон изменяются, и резкое отличиехарактеристик газовой смеси выравнивается. Так, например, при объемномпожаре весь объем помещения можно рассматривать как одну зону.В принципе, количество зон внутри помещения может быть любым. Так,например, интегральную модель можно рассматривать как однозонную. Выборколичества и размеров проводится из различных предположений, вытекающихиз поставленных исследовательскихзадач. Основным предположениемявляется, по возможности, минимизация неоднородностей полей параметровгазовой смеси внутри каждой из зон.Ряд недостатков, характерных для интегральных моделей, применениезонных моделей позволяет устранить.
Например, внутри каждой зоны задаютсяболее точно теплофизические свойства газовой смеси и формулы дляопределения тепловых потоков, отводящихся в граничные с данной зонойповерхности стен, потолка и пола помещения. В зонных моделях можноприменять закономерности гидродинамического и теплового влияния струйныхтечений на твердые поверхности (область ускоренного течения, критическаяточка, автомодельное течение в области высоких чисел Рейнольдса) [4].Однако зонные модели в дополнение к общим недостаткам интегральныхмоделей характеризуются дополнительными неточностями:88- для расчета параметров газовой смеси внутри зоны конвективнойколонки,находящейсянепосредственнонадпламенем,необходимоиспользование дополнительных экспериментальных данных, позволяющихопределить параметры конвективной струи поперек и вдоль ее продольной оси,так как вышеуказанная струя не является свободно-конвективной струей внеограниченномпространстве(влияниестроительныхконструкцийпомещения);- внутри выделенной зоны поля параметров газовой смеси определяютсяс использованием дополнительных уравнений (подобно интегральной модели);например, для припотолочного слоя применяются уравнения динамического итеплового пограничного слоя, развивающегося на поверхности перекрытия;можно также использовать результаты, полученные по полевой модели.Используется зонная (3 зоны) модель с разбиением пространствапомещения на зоны конвективной колонки, припотолочного слоя и холодноговоздуха [41].
Эта модель корректна, когда очаг горения по размерамсущественно меньше размеров рассматриваемого помещения.На рисунке 3.1 представлена схема тепло и массообмена в помещении,используемая в рассматриваемой зонной модели. Направления тепловыхпотоков и течения газовой смеси обозначены стрелками.Данная модель учитывает работу систем дымоудаления и приточнойвентиляции. Учесть работу системы пожаротушения в настоящее время непредставляется возможным.891 – стены помещения; 2 – потолок помещения; 3 – открытый проем в стене; 4 – горючеевещество; 5 – нижняя граница слоя; 6 – система противодымной вытяжной вентиляции; 7 –система приточной вентиляции; 8 – «фиктивный» (точечный) источник горения; 9 – высотапламенной зоны колонки; I – конвективная колонка; II – нагретый задымленныйприпотолочный слой; III - холодный воздух; г скорость (массовая) газификации горючеговещества, кг/с;Ga, Gm – расходы (массовые) наружного воздуха и смеси продуктов горения ивоздуха, кг/с; Wm, Wа – объемные расходы системы дымоудаления и приточной вентиляции,м3/с; Qпр – излучаемый через проемы наружу тепловой поток, Вт; Qc, Qw1, Qw2, Qf –соответственно суммарные конвективные и лучистые тепловые потоки в стены ниже ивнутри припотолочного слоя, в потолок и пол, Вт; угол полураскрытия колонки, рад.Рисунок 3.1 – Схема расчета тепломассообмена в помещенииОсновные положения зонного моделирования обосновываются тем, чтопожарразвиваетсяпоследующемусценарию.Сначалапроисходитвоспламенение горючих материалов.
После этого газообразные продуктыгорения поднимаются вверх, что приводит к формированию конвективнойструи, которая, достигнув перекрытия, растекается вдоль него. Образуется90нагретый задымленный припотолочный газовый слой, который начинаетопускаться вниз с увеличением его толщины.В дальнейшем ограничимся рассмотрением первой фазы начальнойстадии пожара. Под понятием "первая фаза начальной стадии пожара"подразумевается отрезок времени, в течение которого нижняя границаприпотолочного слоя, непрерывно опускаясь, достигает верхнего края дверногопроема.
При первой фазе начальной стадии пожара нагретые газы лишьнакапливаются в припотолочной зоне [41].При второй фазе нижняя граница II зоны расположена ниже верхнегокрая дверного проема. С наступлением второй фазы начинается процессистечения нагретых газов из помещения через дверной проем. До наступленияэтой фазы имеет место лишь вытеснение (через дверной проем) холодноговоздуха из III зоны.Принимаем, что системы дымоудаления и приточной вентиляции невключены и в зоне припотолочного слоя нет открытых проемов. Положениенижней границы нагретого задымленного припотолочного слоя определяется изрешениядифференциальногоуравнения(законсохраненияэнергиивприпотолочном слое) [41]:dz kGQ 1 k пож,d o Fп c p oTo Fп(3.1)гдеzk(м) – координата по высоте помещения нижней границы слоя;(с) – время;Qпож(Вт) – тепловая мощность, выделяющаяся в очаге горения;Fп(м2) – площадь потолка;Gk(кг/с) – массовый расход продуктов горения и воздуха в конвективнойколонке, который натекает в припотолочный слой; (Qw1 Qw2 Qc Q f Qпр ) / Qпож коэффициент теплопотерь;То(К) – начальная температура воздуха в помещении;91ρо(кг/м3) – начальная плотность наружного воздуха в помещении;ср(Дж/(кгК)) – удельная изобарная теплоемкость газа (принимается, чтоудельные изобарные теплоемкости воздуха и смеси продуктов горения ивоздуха равны [41]).Начальное условие (при = 0) имеет вид: zk = h; где h(м) высотапомещения.Для численного решения уравнения (3.1) используется метод Рунге-Кутта(4-й порядок точности).Величинаплотностисреднеобъемнойсмесигазовтемпературывнутрислояприпотолочногоопределяютсяизслояирешениядифференциального уравнения (закон сохранения массы слоя) и уравнениясостояния смеси идеальных газов [41]:d 2V2 Gk ,d(3.2)p2 po 2 RT2 ,(3.3)гдеV2(м3) – объем зоны припотолочного слоя;T2(К) среднеобъемная температура смеси газов внутри слоя;ρ2(кг/м3) среднеобъемная плотность смеси газов внутри слоя;р2(Па) – давление в слое;ро(Па) – атмосферное давление на уровне пола;R(Дж/(кг∙К)) – газовая постоянная (принимается, что газовые постоянныевоздуха и смеси продуктов горения и воздуха равны [41]).Схема теплового баланса в элементарном объеме конвективной колонкипредставлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
