Диссертация (1172861), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Поэтому при проведениимоделирования важным вопросом является проверка адекватности создаваемоймодели реальному объекту или процессу.Математические модели можно подразделить на детерминированные ивероятностные. Первые из них описывают определенные объекты однозначно,с учетом начальных условий и закономерностей протекания изучаемогопроцесса его развитие и результат можно полностью предсказать. Вторыеописывают случайные процессы, развитие которых подчиняется законам30распределения вероятностей соответствующих случайных величин, однозначноконечный результат здесь представлен быть не может.Что касается имитационных моделей, то они представляют собойпрограммный комплекс для ПЭВМ, который позволяет воспроизводитьпроцессы,описывающиесвойстваидинамикуобъектаисследования.Результаты получаемых при этом многочисленных численных экспериментовобрабатываются с помощью методов математической статистики и позволяютизучить свойства изучаемого объекта.

Имитационные модели обычноприменяют при изучении сложных процессов и явлений, для описания которыхневозможно построить достаточно простых и удобных для исследованияаналитических моделей. В ряде случаев используют сочетание относительнопростых аналитических и более сложных имитационных моделей.Однимизважныхпараметровразвитияпожаравпомещении,характеризующего пожарную опасность этого объекта, является тепловаямощность пожара, выделяемая в единицу времени. Оценка этого параметратребует не только учета физико-химических параметров и общего количествагорючей нагрузки, но и характера ее размещения в помещении, учетаархитектурно-строительныхособенностейрассматриваемогообъекта,возможных вариантов развития в нем пожара (моменты времени и степеньразрушенияостекленийоконныхпроемов,возможныеразрушенияограждающих конструкций).Все вышеперечисленное оказывает существенное влияние на характертепломассообмена при пожаре в помещении, а, следовательно, на егопоследствия и условия ликвидации.

Очевидно, что перечисленные вышепараметры и факторы не могут быть заданы детерминированным наборомчисловых значений. В реальных условиях возможно большое количествосочетаний их различных вариантов и варьирование конкретных числовыхзначений. Сюда следует добавить вероятностные оценки эффективности инадежности систем пожаротушения и сигнализации, условий эвакуации людейиз горящего здания. Следовательно, любой реальный пожар в теоретико31вероятностном смысле можно рассматривать как сложный случайный процесс,для которого характерна многократная неопределенность.Таким образом, смешанная (естественная и вынужденная) конвекция,вызванная горением горючего материала и работой систем противопожарнойзащиты (дымоудаление, пожаротушение) в помещении, характеризуетсясложными термогазодинамическими условиями одновременного воздействиябольшого количества факторов, к которым относятся неизотермичность,турбулентность, излучение, сжимаемость, химические реакции, наличие трехфаз в газовой среде, поперечный и продольный градиенты давления, кривизна ишероховатость поверхности, вдув-отсос на стенке, переход ламинарноготечения в турбулентное.Главными особенностями термогазодинамики пожара в помещенииявляются:- скорости течения газовой смеси пренебрежимо малы по сравнению соскоростью звука;- максимальная разница давлений в различных зонах помещения составляетдесятые доли процента от значения среднеобъемного давления в помещении,если отсутствуют взрывы с образующимися ударными волнами;- тепловой режим пожара определяется величинами тепловых эффектовхимических реакций;- процесс турбулентной диффузии необходимо учитывать, так как скоростидиффузии газов и частиц дыма достаточно велики.При пожаре скорость, температура и другие параметры турбулентныхпотоков смеси газов испытывают беспорядочные колебания (пульсации).Система исходных уравнений, начальные и граничные условия к ней неопределяют однозначно мгновенные распределения величин всех параметров влюбой момент времени в помещении с заданными геометрическими размерами.Вышеуказанные распределения существенно зависят от малых случайныхвозмущений [21].

Следовательно, задача в полном виде может бытьсформулирована следующим образом:32- распределения вероятностей полей величин всех параметров смеси газов вначальный момент времени заданы;- необходимо определить вероятности реализации различных полей этихпараметров в разные моменты времени.Решение конкретных задач в такой формулировке в настоящее времядаже с использованием современных ЭВМ не может быть реализовано.Поэтому используется менее полное описание турбулентных потоков газов сиспользованием понятия плотности вероятности разных величин параметровгаза [49], такое как применениеуравнений Навье-Стокса или для расчетасредних по времени величин – уравнений Рейнольдса [116].

Уравнения НавьеСтокса, описывающие мгновенные значения параметров потока смеси газов втрехмерных, нестационарных теплофизических условиях пожара, решитьчисленно прямым счетом в настоящее время не является возможным, дажеиспользуя современные супер ЭВМ.РешениеуравненийдифференциальнымивыражающихРейнольдса,уравнениямивявляющихсячастныхнелинейнымипроизводныхизаконы сохранения для осредненных величин смеси газов,возможно в настоящее время с использованием для замыкания системыуравнений подходящей модели турбулентности, что составляет сущность«моментных» методов. Существующие модели турбулентности, такие как к-,к-, алгебраические, Смагоринского и т.д.

[49, 50, 111, 157] показывают, чтодля расчета каждого конкретного случая течения необходимо использоватьопределенный набор констант моделирования. Любая модели турбулентностиоговаривает круг течений и условий, в которых ее можно применять [49]. Притепломассообменной защите поверхностей строительных конструкций (защитаоборудования от теплового воздействия пожара и т.п.) с учетом сложныхграничных условий выбор модели является сложной задачей.

Даже дляширокого круга стационарных турбулентных безотрывных течений константымоделирования разных моделей турбулентности недостаточно обоснованы исистематизированы. Попытки усложнения моделей турбулентности не привели33к повышению точности расчета [49]. Например, при определении параметровтурбулентного пограничного слоя погрешность существующих моделейтурбулентности составляет порядка 20-30%, для ряда течений погрешностьможет составлять 100% и более [49]. Градиентные полуэмпирические теории непозволили создать универсальную модель турбулентности [49]. Пристеннаятурбулентность до сих пор остается одной из наиболее сложных проблемтеориитепломассообмена.Следовательно,тщательныйвыбормоделитурбулентности необходим при математическом моделировании конвективноготурбулентного тепломассообмена при пожаре в помещении.Детерминированные методы расчета динамики опасных факторов пожарав помещении делятся на четыре группы:- аналитические;- интегральные;- зональные;- дифференциальные (полевые).Методыотличаютсядруготдругаразнымуровнемдетализациитермогазодинамической картины пожара.Одной из первых и простейших аналитических моделей расчетатермогазодинамики пожара была зависимость средней температуры пожара отвремени, задаваемой в виде таблицы или эмпирической формулы.В виде таблицы эта зависимость была получена еще в 1916 году в ходеизмерений температуры пожара при горении древесины, тогда же появиласьконцепция огнестойкости строительных конструкций [5].

В виде формулы вотечественной литературе [43] эта зависимость представлена равенствомT  To  345 lg( 8  1) ,(1.1)где τ – время, мин.; Т, То – средняя текущая и начальная температура пожарасоответственно, К.Международнаяорганизацияпостандартизациив1966годурекомендовала эту зависимость как температурный режим для проведенияиспытаний на огнестойкость строительных конструкций [5].34Кроме формулы (1.1) использовались различные эмпирические формулы,полученные для конкретных условий пожара. Например, для помещений имоделей помещений размерами 0,50,340,22, 2,01,40,88, 1465,2 и66185,2 м с ограждающими конструкциями из бетона и кирпича в условияхгорения горючих жидкостей (бензина, дизельных топлив, метилового иэтилового и метилового спирта) формула имеет вид [43]:Tср / Tад  A  Bok ,(1.2)где Тср – среднеобъемная температура в помещении, К; Тад – адиабатная0, 01температура, К; Во – критерий Больцмана; A  0,7 Nu; Nu к L срчисло Нуссельта; αк – эмпирический коэффициент теплообмена между смесьюгазов,находящейсявпомещении,истроительнымиограждающимиконструкциями помещения, Вт/(м2К); L – характерный размер помещения, м;λср – средний коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/(мК); k=0,17при Во1 и k=0,125 при Во>1.Эмпирические формулы (например, (1.2)) из-за невыполнения точногособлюдения теории подобия для пожара, происходящего в помещении [41, 43],имеютобластьприменения,ограниченнуюисходнымиданнымиэкспериментов, в которых они получены.До появления первой интегральной модели расчета динамики ОФП [43]аналитические модели позволяли определить величину только одного ОФП –среднеобъемной температуры.

Характеристики

Список файлов диссертации