Диссертация (1172918), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

Последнее состоит в том, что сумма всех угловыхкоэффициентов излучения на поверхности, ограждающие полость, равна 1[36].В приведенных выше уравнениях с граничными условиями принятыследующие обозначения: - пористость; - плотность;  - коэффициент теплопроводности; сртеплоемкость; Т – температура; t – время; p – давление; Lv– энтальпиягазификации; m‖ – массовая скорость фильтрации пиролизного газа; cтепеньпревращения при пиролизе; R =d/dt - скорость превращения (газовыделения при110пиролизе); i – коэффициент теплообмена;степень черноты; - постояннаяСтефана-Больцмана; Сm – емкость пористого материала по отношению к газампиролиза c молекулярной массой М: Сm =М /RT; m – коэффициент молярногопереноса пиролизного газа: mk/ , где k,  - коэффициент газопроницаемостии кинематическая вязкость пиролизного газа; КD – коэффициент диффузии газа.Размерные характеристики представлены в системе СИ.Наначальномэтапемоделированиятеплопереносавограждающейконструкции с полимерной теплоизоляцией нами принят алгоритм расчета попервомувариантусприменениемтолькоуравнениянестационарнойтеплопроводности без тепловых стоков.

Важно было выяснить, наскольконедооценивается (или переоценивается) по сравнению с экспериментом вкладреальных физико-химических процессов.Покажем расчет на примере образца трехслойной системы VII ограждающейконструкции со следующей последовательностью слоев (элементов) со стороныогневой экспозиции [86-94]:СМЛ 1(м) – ―PENOCOM‖(=0,15м; кг/м3 ) – СМЛ 2(=0,006м)Толщина конструкции  = 162 мм.

Высота конструкции выбрана, как и вэксперименте - 0,3 м. Стойки каркаса изготовлены из брусков сосны толщиной0,05м. В двумерной рабочей плоскостиANSYS Mechanicalгеометрическая модель планируемого образца (Рисунок 6.2).строится111Рисунок 6.2 - Геометрическая модель системы VII в рабочей плоскости ANSYS MechanicalГеометрическая модель свободно разбивается на сетку конечных элементовс шагом 1мм (Рисунок 6.3).Рисунок 6.3 - Разбиение геометрической модели образца конструкции VII на сетку конечныхэлементов в ANSYS Mechanical с шагом в 1 ммПри расчете теплопередачи через ограждающую конструкцию принятытеплофизические характеристики СМЛ и пенокомпозита, полученные ранее поэкспериментальным результатам до момента начала разложения теплоизоляции.Теплопроводность образующегося далее пенококса принята равной 0,070 Вт/мК[Глава 5].

Коэффициент теплообмена для условий в используемой огневой маломасштабной печи принят постоянным αƒ = 15 Вт/м2К.112Показаны результаты расчета динамики изменения температуры на поверхности элементов конструкции VII в сравнении с экспериментальными значениями(Рисунок 6.4).Рисунок 6.4 - Температурно-временные кривые прогрева элементов ограждающей конструкции системы VII при стандартном режиме пожара: 1 – температура в печи; 2 - на внешнейповерхности СМЛ №1; 3 – с тыльной стороны поверхности СМЛ №1 (на поверхности теплоизоляции PENOCOM); 4 – на внутренней поверхности СМЛ №2; 5 – на необогреваемой поверхности конструкции (СМЛ №2).

2‘; 3‘; 4‘;5‘ - расчетКак видно экспериментальное значение предела огнестойкости трехслойнойограждающей конструкции по признаку теплоизолирующей способности и целостности равно 95 мин., а по расчету - около 100 мин. Из-за аккумуляции тепловой энергии на поверхности теплоизоляции со стороны огневой экспозиции на 20й мин., наблюдается резкое увеличение температуры на межфазной границе еѐ сСМЛ 1. Такая динамика в некоторой степени обусловлена, по-видимому, экзотермической реакцией окисления пенококса, которая начинает активно протекатьпри температуре свыше 450-480 оС. Недоучет теплового эффекта этого процессаприводит к занижению расчетной температурной кривой на рассматриваемомэтапе нагрева.

Более близкими к расчетным являются значения температуры,фиксируемые на необогреваемой поверхности ограждающей конструкции.Далее был проведен расчет и анализ 4-х слойной ограждающей конструкции системы V тоже с полимерной теплоизоляцией «PENOCOM»объемной113плотностью 83 кг/м3. Общая толщина конструкции  = 171 мм. Фактический предел огнестойкости конструкции системы V составляет 97,2 мин [т.5.4, Глава 5].На рисунке 6.5 показаны результаты расчета температуры на поверхности элементов конструкции V, в сравнении с экспериментальными значениями.Рисунок 6.5 - Динамика изменения температуры на поверхности элементов конструкции V взависимости от времени стандартного огневого воздействия: 1- температура в печи;2- на поверхности СМЛ2; 3 – на поверхности теплоизоляции ―PENOCOM‖ (тыльная сторона СМЛ2); 4– на поверхности OSB (тыльная сторона теплоизоляции); 5- на не обогреваемой поверхностиOSB; 2‘,3‘,4‘,5‘ –расчетРасчет показывает, что облицовка ограждающей конструкции двумя слоямиСМЛ замедляет нагрев полимерной теплоизоляции, Температура начала еѐ разложения в этом случае достигается почти на 10 минут позже, чем при облицовкеодним слоем.

Однако общий характер последующего быстрого изменения температуры на межфазной поверхности СМЛ2-теплоизоляция сохраняется. Расчетфиксирует естественную аккумуляцию тепла на поверхности теплоизоляции(одинаковый характер подъема температуры на расчетных кривых 3 и 3‘ в диапазоне 450-800о С). Заметна явная недооценка реальных термохимических процессов, протекающих в полимерной теплоизоляции при стандартном огневом действии на конструкцию. Это приводит к некоторому завышению расчетного предела огнестойкости конструкции по признаку EI. На последующем этапе математи-114ческого моделировании огнестойкости подобной конструкции с полимерной теплоизоляцией ―PENOCOM‖ следует учитывать более сложное еѐ поведение.Численный расчет прогрева 4-х слойной конструкции системы VI, отличающейся применением полимерной теплоизоляции «PENOCOM» с плотностью ρ =43,7 кг/м3, представлен на 110 минуте (Рисунок 6.6).Рисунок 6.6 - Послойный прогрев ограждающей конструкции системы VI в расчетном комплексе ANSYS Mechanical на 110 минутеДля сравнения с влиянием ТИМ «PENOCOM» по программе ANSYS Mechanical проведен расчет огнестойкости ограждающей деревянной каркасной конструкции IV с теплоизоляцией Rockwool такой же толщины и характеристикамиоблицовок, как и полимерной системы VII (Рисунок 6.7).Рисунок 6.7 - Изменение температуры на поверхности элементов конструкции IV в зависимости от времени воздействия пожара: 1 - на внешней поверхности СМЛ со стороны огня; 2 –115на тыльной стороне СМЛ (внешней поверхности теплоизоляции); 3 - на тыльной стороне теплоизоляции (внутренней поверхности OSB); 4 - на необогреваемой поверхности конструкции;1‘;2‘;3‘;4‘ – расчетНаблюдается удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальныхзначений температуры на поверхности элементов конструкции.

Соответственно, получено удовлетворительное совпадение расчетного (54 мин.) и фактического пределов огнестойкости конструкции (52 мин.), а также индивидуальных вкладов отдельных элементов в предел огнестойкости ограждающей конструкции.Таким образом, подтверждено, что замена плиты Rockwool Ligth на полимерную теплоизоляцию «PENOCOM» такой же толщины позволяет значительно увеличить предел огнестойкости ограждающей деревянной легкой каркасной конструкции. Этот эффект обусловлен существенным уменьшением приведенного термического сопротивления Rпр негорючей базальтоволокнистой теплоизоляции выше 400оС по сравнению c величиной Rпр полимерной теплоизоляции из-за образования пе-нококса с низким значением коэффициента теплопроводности.116ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.

Анализ тенденций в развитии строительства мало- и среднеэтажныхзданий и сооружений с применением ограждающих ЛДКрК привел к выводу овозможности повышения огнестойкости путем применения современных облицовок и инновационных полимерных ТИМ карбонизующегося типа. Выявлена необходимость определения термического поведения и теплофизическихсвойств указанных материалов в широком интервале температур.2. Стандартным методом ASTM E 906 впервые определены характеристики тепловыделения при горении древесины российских хвойных и лиственных пород, используемых в качестве элементов деревянных каркасныхконструкций. Показано влияние разных факторов на период задержки воспламенения, максимальную скорость тепловыделения, время еѐ достижения,общее тепловыделение при пламенном горении, скорость нарастания интенсивности тепловыделения (FIGRA). Установлено, что обработка древесиныогнезащитными составами (КСД-А и МПС) положительно влияет на характеристики тепловыделении: снижает общее тепловыделение и показательFIGRA как на стадии пламенного, так и тлеющего горения.3.

Установлен многостадийный характер разложения ТИМ «PENOCOM»в инертной среде и на воздухе, определены эффективные кинетические параметры отдельных стадий с учетом выявленного механизма гетерогенных реакций. Показано, что ТОД пенокомпозита осуществляется по диффузионномумеханизму D3 (с порядком реакции n=1/3) на всех стадиях процесса. Пиролизполимерного пенокомпозита протекает в 2 стадии, сопровождается карбонизацией. Обе стадии осуществляются по механизму нуклеации и роста ядер позакону случая R(n=1). Определена формоустойчивость неорганических и полимерных ТИМ.1174. По результатам маломасштабных огневых испытаний при стандартномрежиме пожара 7-ми систем ограждающих ЛДКрК с разной комбинацией облицовочных плит и теплоизоляции по признаку EI определен фактическийпредел огнестойкости конструкций.

Оценен вклад в общую огнестойкостьконструктивной системы каждого из составляющих еѐ элементов. Показано,что замена базальтоволокнистой теплоизоляции Rockwool Light толщиной 150мм на полимерную такой же толщины позволяет увеличить фактический предел огнестойкости ограждающей конструкции при прочих равных условияхпочти в 2 раза (с EI 52,5 до EI 110).5. По измерению температуры на поверхностях элементов ограждающихЛДКрК в условиях стандартного пожара, рассчитаны значения коэффициентов удельной теплопроводности СМЛ в интервале 20-530оС и ТИМ«PENOCOM» при нагревании до начала его разложения.

Оценены значенияприведенного термического сопротивления отдельных элементов и в целомограждающих конструкций Rпр, (м2К/Вт). Высокая эффективность ТИМ ‖Penocom‖ в обеспечении огнестойкости ограждающих конструкций по сравнению с Rockwool обусловлена образованием пенококса, приведенное термическое сопротивление которого изменяется при повышении температуры вменьшей степени, чем в случае конструкции с негорючей минеральной теплоизоляцией.6. Разработана одномерная модель прогрева ограждающих деревянныхлегких каркасных конструкций с полимерной ТИМ. Численный теплотехнический расчет модели методом конечных элементов с привлечением программного комплекса ANSYS Mechanical показал результаты, согласующиесяс экспериментальными по значению предела огнестойкости конструкций ивкладов в общий предел огнестойкости отдельных элементов, составляющихконструкцию.

Характеристики

Список файлов диссертации