Диссертация (1172861), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Как следует из приведенных графиков, прикруговом распространении пламени наблюдается более интенсивный ростчисловых значений среднеобъемной плотности дыма.131Рисунок 4.1На рисунке 4.2 при принятых выше значениях параметров, входящих вравенство(4.40),икруговомраспространениипламенипредставленаграфическая зависимость среднеобъемной плотности дыма от времени впомещении общим объемом 60 м3 (кривая 1) и 90 м3 (кривая 2).Равенство (4.40) определяет динамику задымления через среднеобъемнуюплотность дыма помещения в целом, не отражая распределение этогопараметра по высоте помещения. При решении задачи по безопасной эвакуациилюдей необходимо значение плотности дыма на высоте их рабочей зоны.Исходяизрезультатовтеоретическихиэкспериментальныхисследований, можно предположить подобие поля температур и поляконцентрации дыма [53].

Тогда по аналогии с формулой распределениятемпературы, предложенной В.Н. Тимошенко, распределение плотности дымапо высоте помещения определяется выражением вида [19]132zz 4 ,8  0  ( m  0 ) e h ,hz(4.49)где μ0 – начальное значение плотности дыма; z – плотность дыма на высоте z от уровня пола;h – высота помещения.Рисунок 4.2На рисунке 4.3 представлено распределение плотности дыма по высотепомещения до рабочей высоты 1,8 м при круговом распространении пламени ипринятых выше значениях параметров пожара в помещении объемом 60 м3 вмоменты времени τ = 10 с (кривая 1), τ = =20 с (кривая 2), τ = 30 с (кривая 3).

Сувеличением времени пожара интенсивность распределения плотности дыма повысоте помещения возрастает.133Рисунок 4.3Равенство (4.49) позволяет определить период времени, в течениекоторого плотность дыма достигнет своего критического значения крzнауровне z от уровня полад кр( z)  nV DlnzAC  4 ,8hz D  C (  кр   0 ) e hz.(4.50)Критическое значение для оптической плотности дыма определяется изравенства (4.1).На интенсивность роста значений μср в значительной мере сказываетсястепень огнестойкости здания.

Так, на рисунке 4.4 показана зависимостьсреднеобъемной плотности дыма от времени в помещении с очагом возгоранияпри распространении пламени полосой b = 0,4 м и общим объемом помещения13460 м3 для здания III-IV степени огнестойкости (кривая 1, ψуд = 0,0344 кг/м2·с, vл= 0,0465 м/с) и для здания I-II степени огнестойкости (кривая 2, ψуд = 0,0145кг/м2·с, vл = 0,0108 м/с) при прочих равных параметрах пожара. Интенсивностьвозрастания среднеобъемной плотности дыма в первом случае значительновыше, чем во втором.Рисунок 4.44.5. Условия применимости формул по определению временидостижения предельных значений ОФПАналитическоерешениеполнойнеупрощеннойсистемыдифференциальных уравнений пожара (4.2) – (4.7) с учетом газообменапомещениясокружающейсредой,теплообменомсограждающимиконструкциями, дополненной формулами скорости выгорания горючегоматериала и тепловыделения, получить невозможно.

С целью получения этогорешения выше были приняты некоторые допущения, характерные дляначальной стадии развития пожара. Одним из основных предположений на этойстадии является отсутствие поступления воздуха из окружающей среды – Ga=0,135то есть процесс газообмена идет в одном направлении через все имеющиесяпроемы и щели.

Но это условие даже на начальной стадии развития пожарабудет выполняться лишь при небольшом количестве открытых проемов. Вработе [45] показано, что рассматриваемое условие можно применять, есликритерий проемности помещения П ≤ 5, где значение П вычисляется поформулеЗдесьSпр hпр gVофп. кр(4.51)Sпр – общая площадь открытых проемов; hпр – высота проемов; g–ускорение свободного падения (9,8 м/с2); V – объем помещения с очагомофпвозгорания;  кр– время достижения критического значения одного изопасных факторов пожара, вычисляемых по полученным выше равенствам(4.30) или (4.31), (4.34), (4.37), (4.41).Лишь через некоторое время после начала пожара, когда средняятемпература среды в помещении достигнет определенного значения, процессгазообмена становится двусторонним.

Как правило, в этот момент П>5, следуетучесть поступление свежего воздуха в помещение, для расчетов необходимоиспользовать полную систему уравнений (4.2) – (4.7).Одностороннийгазообменпроисходитвтечениеотносительнонебольшого промежутка времени. За этот промежуток концентрация кислородаи средняя температура в помещении изменяются незначительно. Тогда в этотпериод можно считать постоянными дымообразующую способность горючегоматериала D и коэффициент полноты сгорания η.Из-за наличия проемов и щелей подавляющее большинство помещенийявляются негерметичными. Следовательно, среднее давление среды можнопринять постоянным, равным давлению наружного воздуха и не зависящим отвремени. Помимо этих условий в начальной стадии пожара можно пренебречьвлиянием уменьшения содержания кислорода на процесс выгорания горючейнагрузки.1364.6.

Выводы по четвертой главе1.Вданномматематическойразделемоделиизпожараупрощенныхполученыуравненийформулыдляинтегральнойопределениякритической продолжительности пожара в помещении с очагом возгорания поусловиямдостиженияпредельнодопустимогозначениятемпературы,концентраций кислорода и токсичных газов; представлены аналитическиезависимости для расчета критического времени эвакуации по потере видимостив помещении с очагом возгорания, а также в смежных с ним помещениях наначальной стадии пожара.2. Массовая эвакуация людей из помещений горящего здания проводитсяна начальной стадии развития пожара, в течение которой не происходитрезкого изменения таких опасных для организма человека факторов, кактемпература, концентраций токсичных газов и кислорода, особенно впомещениях, смежных с тем, где непосредственно находится очаг возгорания.Определяющим фактором критического времени эвакуации людей являетсязадымленность помещений, 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. В данной главе получена аналитическая формула дляопределения критического промежутка времени, в течение которого плотнаядымовая завеса заполнит весь объем смежных с очагом возгорания помещенийсверху вниз до критического расстояния от уровня пола без учета хаотичногодвижения эвакуируемого потока людей. Полученная аналитическая формулапозволяет использовать ее в практике инженерных расчетов при рассмотрениипроблемы безопасной эвакуации людей из помещений при возникновениипожара в здании.1373.

Рассмотрено распределение плотности дыма по высоте помещения.Построены графические зависимости при различных параметрах, входящих висходные формулы. Дан анализ условий применимости представленныханалитических формул и полученных с помощью этих равенств графическихзависимостей. Проведенные в процессе исследования численные экспериментыпозволяют сделать вывод о незначительном влиянии энтальпии продуктовгазификации горючего материала на величину среднеобъемной плотностидыма.

Более интенсивный рост числовых значений среднеобъемной плотностидыма в помещении с очагом возгорания наблюдается при круговомраспространении пламени по сравнению с распространением пламени полосой.Показано, что с увеличением времени пожара интенсивность распределенияплотности дыма по высоте помещения возрастает. На интенсивностьраспределения плотности дыма в значительной мере сказываются объемпомещения, охваченного пожаром, а также степень огнестойкости здания.138ГЛАВА 5. УЧЕТ РАБОТЫ ВЫТЯЖНОЙ ПРОТИВОДЫМНОЙВЕНТИЛЯЦИИ В ИНТЕГРАЛЬНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИПОЖАРА5.1.

Разрешающая система дифференциальных уравненийКак уже отмечалось в п. 4.2 в интегральной математической моделипожара состояние газовой среды описывается усредненными по объемупараметрами: рm – среднеобъемное давление (Н·м2); Тm – среднемассоваятемпература (К); среднеобъемные плотности (кг/м3) ρm – газовой среды в целом, mО2 – кислорода,  mт.г. – токсичных газов (монооксид углерода, диоксидуглерода, хлористый водород);μm – среднеобъемная оптическая плотностьдыма (Нп/м). Процесс тепломассообмена описывается с помощью этихсреднеобъемных значений параметров газовой среды, с учетом полученныхэкспериментально зависимостей процессов выгорания материала и передачитепла в ограждающие конструкции.

При этом состояние газовой средыописывается уравнением Менделеева-Клайперона, а сама газовая среда этосмесь идеальных газов [4, 41].Получимразрешающуюсистемудифференциальныхуравненийинтегральной модели пожара в условиях работы вытяжной противодымнойвентиляции. При этом предполагается, что газообмен через естественнуювентиляцию осуществляется в двустороннем направлении, а система вытяжнойпротиводымной вентиляции работает в одностороннем – на вытяжку.Учитывается также конвективная и радиационная составляющие процессатеплообмена в ограждающие конструкции.Уравнение материального баланса для газовой среды (4.2), согласнокоторому изменение за единицу времени массы газовой среды в помещениидолжно быть равно суммарной массе потоков, проходящих через границысистемы, принимает вид139d (  mV )   Ga  Gm  Gв ,d(5.1)где Gв (кг/с) – массовый расход газа (продуктов горения), уходящего изпомещения в окружающую среду через систему вытяжной противодымнойвентиляции.Уравнение (4.3) энергетического баланса газовой среды при пожаре впомещении примет следующий вид1 d ( pmV ) Qнр  iэ  с рaТ a Ga  с рmaT Т m (Gm  Gв )  Qо.к.

,k m  1 d(5.2)В правой части последнее вычитаемое учитывает тепловой поток,уходящий через ограждающие конструкции, а предпоследнее – тепловыепотоки газов, уходящих из помещения через системы естественной и вытяжнойпротиводымной вентиляции.Уравнение баланса оптического количества дыма (4.4) принимает видd (  mV ) k D  m д (Gm  Gв )  kc S о.к. .dm(5.3)Здесь первое слагаемое правой части отражает количество дыма,образующегося в процессе горения за единицу времени, второе – количестводыма, уходящего через системы естественной и вытяжной вентиляций, третье –количество частиц дыма, осаждающихся на поверхность ограждающихконструкций помещения.Уравнение баланса массы кислорода (4.5), учитывающее, что очаг пожарапоглощает кислород, примет вид:d (  mO2V )  O2 mO2G k(G  Gв )  LO2 .d a О2  m m(5.4)Здесь источником кислорода является приток воздуха через естественнуювентиляцию, а потребителем помимо непосредственно очага возгоранияявляется также естественная и вытяжная противодымная вентиляции.Уравнение материального баланса (4.6) токсических продуктов горенияпримет следующий вид:140d (  mт.г.V ) mт.г. Lт.г.  k т.г.(Gm  Gв ) .dm(5.5)Здесь первый член правой части представляет собой количествотоксичного газа, образующегося при горении за единицу времени; второй —количество токсичного газа, уходящего через системы естественной ивытяжной противодымной вентиляции.К основным разрешающим дифференциальным уравнениям (5.1) – (5.5)интегральной математической модели необходимо присоединить начальныеусловия, а также представить в явном виде некоторые входящие в этиуравнения функциональные зависимости.

Характеристики

Список файлов диссертации