Диссертация (1172861), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Переход к распределениям температур пообъему помещения, что собственно и необходимо для решения задач пожарнойбезопасности,напримеробеспечениябезопаснойэвакуациилюдей,осуществлялся по эмпирическим зависимостям, например из работы [41] дляформулы (2), также имеющим ограниченную область применения:T x, y Tср 0,8 0,2 y / yo 1,33 x / 2 x xo ,(1.3)где yo (м) – половина от высоты помещениям; y (м) – координата по вертикали,отсчитываемая от уровня пола; xo (м) – половина расстояния между очагом35горения и местом выхода газов наружу из помещения; x (м) – горизонтальнаякоордината, отсчитываемая от очага возгорания.Аналитические решения для расчета не только температуры, но ивеличин других ОФП получены из решения системы дифференциальныхуравнений интегральной модели (анализ которых выполнен ниже) присущественном упрощении термогазодинамической картины пожара:- через открытые проемы помещения выходит наружу смесь продуктовгорения и воздуха и нет притока наружного воздуха внутрь помещения;- коэффициент теплопотерь принимается постоянным;- удельные коэффициенты образования токсичных газов и удельныйкоэффициент дымообразования при сгорании 1 кг материала, а также удельнаяскорость газификации горючего материала постоянны и не зависят отконцентрации кислорода;- высота помещения меньше 6 м.Условие отсутствия поступления воздуха из окружающей среды даже наначальной стадии развития пожара будет выполняться лишь при небольшомколичестве открытых проемов.
В работе [97] показано, что рассматриваемоеусловие можно применять, если критерий проемности помещения П ≤ 5, гдезначение П вычисляется по формулеS пр hпр gофп кр.(1.4)Vгде Sпр – общая площадь открытых проемов, м2; hпр – высота проемов, м; g –ускорение свободного падения, м/с2; V – объем помещения с очагомофпвозгорания, м3; кр– время достижения критического значения одного изОФП.В интегральных моделях [41, 69], являющихся наиболее простыми сточкизренияматематическогоописания,определяемымипараметра-ми являются среднеобъемные температуры, плотности, давление, массовыеконцентрации токсичных продуктов горения, кислорода, оптической плотностидыма и огнетушащего вещества.36Схема тепломассообмена в помещении представлена на рис.
1.2 [69].1 – стены помещения; 2 – потолок помещения; 3 - открытый проем; 4 - горючее вещество;5 - очаг горения; 6 – плоскость равных давлений; 7 - система пожаротушения;8 – противодымная и приточная вентиляцияРис. 1.2 – Схема тепломассообмена в помещении при использованииинтегральной моделиОсновные уравненияДополнительные соотношенияинтегральной моделиинтегральной моделиМодель расчета нагреваМодель горениястроительных конструкцийМодель выгораниягорючего веществаМодель тепломассообмена междупомещением и атмосферой черезоткрытые проемыРис.
1.3 – Структура интегральной моделиИнтегральная модель – это система обыкновенных дифференциальныхуравнений, представляющих собой нестационарные одномерные (по времени)дифференциальные уравнения, выражающие законы сохранения массы иэнергии для всей смеси газов в помещении, оптической плотности дыма и37массы для отдельных газов. Дополнительные соотношения (рис. 1.3)используются для замыкания системы уравнений интегральной модели.Расчет динамики ОФП в атриуме с использованием интегральныхмоделей некорректен, так как его высота обычно больше максимальной высоты,равной 6 м [41], выше которой нельзя применять эмпирические распределенияпо высоте величин ОФП (вопрос об справедливости вышеуказанныхраспределений до сих пор остается открытым для помещений, высота которыхменьше 6 м).
Следовательно, локальные значения ОФП в атриуме, например, науровняхрабочихзонгалерей,нельзякорректноопределятьпоихсреднеобъемным величинам.Область корректного применения интегральной модели (по объемам игеометрии помещений, расположению горючего материала и т.д.) являетсянерешенной проблемой.Существенными недостатками интегральных моделей, увеличивающимипогрешность результатов расчета и суживающими область их достоверногоиспользования, являются:-описаниесостояниясмесигазоввпомещенииспомощьюсреднеобъемных величин в период критической продолжительности пожара(эвакуация людей), когда неоднородность основных параметров состояниягазовой среды достаточно велика;-неучитываетсярасположениеочагагеометрическаяпожараформаотносительнопомещения,ограждающихатакжеконструкций,проемов, систем естественной и механической вентиляции;- теплообмен между газовой средой и ограждающими конструкциями, атакже потери излучения через открытые и прозрачные проемы описываетсяпосредствомэмпирическихформул,имеющихограниченнуюобластьприменения;- величины ОФП на уровне рабочей зоны помещения не зависят от вида,свойств, места расположения горючего материала и геометрии помещения;38- расчет распределений по высоте и длине помещения локальныхзначений ОФП, необходимых для решения большинства практических задач,таких как, обеспечение безопасной эвакуации людей и т.д., требуетдополнительных математических зависимостей, которые можно получить изэксперимента или из расчетов с использованием зонной или полевой моделей;- при моделировании массообмена через естественную вентиляцию(оконные и дверные проемы) не учитывается пространственная неоднородностьраспределения внутреннего давления газовой среды помещения (например,давление уменьшается по мере удаления от конвективной колонки очагапожара);- не учитывается влияние функционирования системы дымоудаления(СДУ), в частности её время включения и объемный расход, на динамикуудельной массовой скорости выгорания жидкости.В зонной модели [41], представленной на рис.
1.4, помещение разделяетсяна несколько зон, параметры тепломассообмена в которых определяются сиспользованием уравнений законов сохранения энергии и массы.Количество и размеры зон определяются из условия минимизации впределах каждой из них неоднородностей полей параметров (температур,концентраций газов и т.д.) газовой смесиили из определяемых задачамиисследований и расположением горючего вещества других предположений[41].Теплофизические свойства смеси газов можно более точно задать вкаждой зоне. Можно, например, применять формулы для расчета тепловыхпотоков, отводимых в строительные конструкции помещения, расположенныепо границам данной зоны.
Обычно, в таких моделях применяются уравнения,отражающие закономерности гидродинамического и теплового обтеканияструйным течением поверхностей строительных конструкций (условноеразбиение на характерные части течения [4]: критическая (лобовая) точка,ускоренное течение, переходная область и автомодельное течение).391 – стены помещения; 2 – потолок помещения; 3 - открытый проем; 4 - горючее вещество;5 - очаг горения; 6 – плоскость равных давлений; 7 - система пожаротушения; 8 – системыпротиводымной и приточной вентиляции; I – зона конвективной колонки; II – зонаприпотолочного слоя; III – зона холодного воздухаРис. 1.4 – Схема тепломассообмена в помещении при использовании зонноймоделиПринимаются следующие упрощения сложной физической картиныпожара:-припотолочныйслойпринимаетсяравномернопрогретымизадымленным, а также плоскопараллельным потолку помещения в любоймомент времени;- время формирования припотолочного слоя пренебрежимо мало посравнению с характерными временами эвакуации людей;- зоны холодного воздуха и припотолочного слоя разделены условнойграницей с пренебрежимо малой толщиной, в случае перехода через которуютермо- и газодинамические параметры смеси газов резко изменяются;- тепломассообмен между зонами припотолочного слоя и холодноговоздуха отсутствует;40- на параметры конвективной колонки, теплоотвода в ограждающиеконструкции и тепломассообмена с окружающей средой через открытыепроемы геометрическое положение горючего вещества в помещении не влияет.Уравнениязонноймоделиполученыприследующихосновныхдопущениях:- присутствие дыма учитывается только в коэффициентах теплопотерь иззон конвективной колонки и припотолочного слоя (доли массы и тепловойэнергии, которыми обладают мелкодисперсные твердые частицы дыма,пренебрежимо малы в сравнении с соответствующими долями газовойфазы [41]) и в уравнении закона сохранения оптической плотности дыма [41];- конвективная колонка является неограниченной свободно-конвективнойструей;- конвективная колонка рассматривается как «квазиодномерная» истационарная, т.
е. осредненные по поперечному сечению конвективнойколонки термогазодинамические параметры смеси газов изменяются в каждыймомент времени только вдоль ее высоты;- параметры тепломассообмена через открытые проемы с атмосферой итеплоотводавстроительныеконструкциипомещениянезависятотгеометрического положения горючего вещества в помещении;- смесь газов является идеальной, состоящей из идеальных газов(кислород, азот, окись и двуокись углерода и т.п.), свойства которых приатмосферном давлении близки к идеальным;- теплофизические свойства смеси газов, такие как, показатель адиабаты,газовая постоянная, удельная изобарная теплоемкость, принимаем такими жекак у сухого воздуха (различие между термодинамическими свойствамивоздуха и продуктов горения мало в диапазоне температур, характерном дляпожара).На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
