Диссертация (1172926), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Указанные выше уравнения приведены к определенному виду дляудобства применения методов численного решения [65].Полевая модель расчета тепломассопереноса при пожаре позволяетвоссоздатьвозможнуюкрупномасштабномупожароопаснуюэксперименту,иситуацию,примененавнеприбегаяданнойработекдляисследования температурного режима пожара и научно-обоснованного прогнозадинамики опасных факторов пожара и теплового воздействия (падающеготеплового потока) на уровне пола.103Основные параметры задачи были определены исходя из условийвозможного протекания реального пожара по наиболее распространеннымсценариям.Размерыпомещениябылипринятыисходяизанализаобъемно-планировочных решений зданий коридорного типа класса функциональнойпожарной опасности Ф 1.2 Гостиницы, общежития, спальные корпуса санаториеви домов отдыха общего типа, кемпингов, мотелей и пансионатов, Ф 4.3 — зданияоргановуправленияинформационныхучреждений,ипроектно-конструкторскихредакционно-издательскихорганизаций,организаций,научныхорганизаций, банков, контор, офисов.
Расположение пожарной нагрузкипредполагается приближенным к реальным условиям. Исходные данные для очагапожара выбраны из справочной литературы (таблицы 3.14–3.16) [36, 82].Таблица 3.14 – Вид, плотность пожарной нагрузкиВид пожарной нагрузкиПлотностьпожарной нагрузки,МДж/м2Жилые помещения гостиниц,общежитий и т.д300Админ. помещение; мебель +бумага (0,75+0,25)300Класс функциональной пожарнойопасности зданияФ 1.2 - гостиницы, общежития,спальные корпуса санаториев и домовотдыха общего типа, кемпингов,мотелей и пансионатовФ 4.3 — здания органов управленияучреждений, проектно-конструкторскихорганизаций,информационныхиредакционно-издательскихорганизаций, научных организаций,банков, контор, офисовТаблица 3.15 – Основные параметры пожарной нагрузки [36, 82]Обозначениепо текстуПН 1ПН 2ПожарнаянагрузкаЖилыепомещениягостиниц,общежитий ит.дАдмин.помещение;мебель + бумага(0,75+0,25) уд ,кг/с∙м2, м/сQн ,Dm ,кДж/кгНп∙м2/кгCOL , кг/кгCO2HCl50η0,0150,00513,82700,0020,2030,01410,0210,02214,053,00,0431,43401104Таблица 3.16 – Основные параметры пожарной нагрузкиРасположениеМатериалТолщина,ммПВХНапольное НКП (ПА)покрытие НКП (ПП)НКП (Ш)Силикаткальция6666113УдельнаяПлотностьтеплоемкость,кг/м3КДж/кг*К13801,211001,59102,13301,387501,04ОтделкастенОгнеупорныйкирпич12,77201,25 при 200 °С1,33 при 300 °С1,55 при 600 °СМебельДревесина12,75101,38ИсточникзажиганияПН 1ПН 2Теплопроводность,В/м*К0,100,250,100,070,36 при 200°С0,36 при 300°С0,45 при 600°С0,12 при 200°С0,11 при 300°С0,12 при 600°С0,12––Источник[154][154][154][154][144][144][105,125][36, 82][36, 82]Для создания топологии модели была выбрана планировка типового этажаздания гостиничного комплекса (рисунок 3.22).
Статистический анализ данных опожарах и загораниях показал, что наиболее вероятное место возникновенияпожара – жилая комната.В топологии модели изменялись следующие входные параметры:1. Для поверхности покрытия пола в помещении очага пожара и коридораизменялись характеристики (толщина, тип) материала поверхности напольногопокрытия (ПВХ, полипропилен, полиамид, шерсть (ковровые покрытия)).Исходные данные взяты из справочной литературы [154];2. Реакция горения и поверхности изменялись исходя из исследуемого классафункциональной пожарной опасности (база данных по [36]), для реакции горенияи поверхности данные определены по [154];3. Отделка стен была принята по [144] (материалы - огнеупорный кирпич ипокрытие из силиката кальция);4.
Мебель в комнате была принята по древесине по [105, 125].1055. Скорость распространения пламени определена по [82].В результате численного моделирования предполагалось определить:1.Характер изменения температуры среды и падающего тепловогопотока по длине и высоте коридора;2.Динамика нарастания падающего теплового потока на расстоянии до0,3 м от уровня пола в помещении очага пожара и в коридоре;3.Время наступления полной потери видимости при горенииматериала НП и блокирования эвакуационного выхода;4.Функциональную зависимость среднеобъемной температуры отвремени в помещении очага пожара.Контрольные точки измерений 1 и 2Выход № 2Выход № 1Рисунок 3.22 Топология обобщенной схемы типового этажа с измерителями в газовой фазеИсходные данные для помещения очага пожара:– размеры (объем) помещения: 6×6×3 м, V= 108 м3;– начальные условия задавались следующими: температура внутрипомещения T0 = 293 °К; давление p0=101300 Па; максимальная видимость 20 м;массовая доля кислорода в атмосфере – 0,2323 кг/кг; относительная влажность 40%.
Рассматривается наиболее опасный вариант пожара: пожар возникает в жилойкомнате, выход № 1 с этажа заблокирован. Принимаем, что системыпожаротушения, дымоудаления, механической вентиляции отключены.106– проемность помещения составляет П = 0,07;– распространение пламени начинается из центра очага возгорания, ростплощади пожара и выход на максимальную мощность пожара заданы поквадратичному закону;– расчетная сетка содержит 198 120 ячеек размером 0,25×0,25×0,25 м.Развитие пожара в начальной стадии происходит за счет недостаточноготеплоотвода из зоны горения, что обуславливает рост площади пожара иускорению процессов выгорания пожарной нагрузки. Распространение пламенипроисходит из жилой комнаты в коридор.В качестве расчетных точек были установлены измерители в газовой фазедля значений ОФП в плоскости рабочей зоны на высоте 1,7 м, измерителитемпературы среды и датчики теплового потока по длине и высоте коридора черезравные промежутки (с шагом в 2 м), измерители оптической плотности дыма подлине коридора на высоте 1,7 м, термопары на высоте 0,3; 0,7; 1,0; 1,25; 1,5; 1,7 мв помещении очага пожара, а также плоскость измерений теплового потока навысоте 0,3 м.
Ось расположения датчиков в коридоре располагалась нарасстоянии, удаленном на половину ширины коридора. Таким образом, измеренияпроводились в плоскости, находящейся напротив помещения очага пожара(таблица 3.17).Таблица 3.17 Измерители в газовой фазе, установленные в помещениях моделиПараметрдля измеренийТемператураТепловой потокОптическая плотностьдымаТепловой потокРасстояниепо высоте коридора, м0,30,71,01,251,70,30,71,01,251,729 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м29 измерителей с шагом - 2 м1,713 измерителей с шагом 5 м0,332 плоскости измеренийПримечание107Окончание таблицы 3.17ТермопарыТемператураВидимостьТепловой потокКонцентрациямонооксида углерода,COКонцентрация оксидауглерода, CO2Концентрациякислорода, O2Концентрацияхлористого водорода,HClТемператураВидимостьТепловой потокКонцентрациямонооксида углерода,COКонцентрация оксидауглерода, CO2Концентрациякислорода, O2Концентрацияхлористого водорода,HCl0,30,50,7Расположение в помещении очага1,0пожара1,251,51,7Расчетная точка 11,71,71,71,71,7Расположение у дверного проема №1 (помещение очага пожара)1,71,7Расчетная точка 21,71,71,71,71,7Расположение у дверного проема №2 (эвакуационный выход)1,71,7Коридор шириной 3 м, длиной 60 м, высотой 3 м.
Помещение имеетгеометрические размеры 6×6×3 м, размеры проема (двери): ширина 1,2 м, высота2 м; ограждающие конструкции – бетон. Модель горения материала была заданакак распространение пламени с известной скоростью при достижении условийнагрева, достаточных для воспламенения, от малокалорийного источниказажигания.Расположение очага пожара (рисунок 3.23) осуществлялось исходя изследующих сценариев: 1. Источник зажигания находится на полу и инициируетвоспламенение и горение напольного покрытия; 2. Источник зажигания находится108в углу помещения (место возникновения горения – мебель), напольное покрытиеподвержено высокотемпературному нагреву от газовой среды.ТермопарыОчаг пожараТермопарыОчаг пожараРисунок 3.23 – Расположение очага пожара и термопарКритическое время по каждому из опасных факторов определяется каквремя достижения этим фактором критического значения на путях эвакуации навысоте 1,7 м от пола.Критические значения по каждому из опасных факторов составляют:–по повышенной температуре – 70 оС;–по тепловому потоку – 1400 Вт/м2–по потере видимости – 20 м;–по пониженному содержанию кислорода – 0,226 кг·м-3;–по каждому из токсичных газообразных продуктов горения(СО2 – 0,11 кг·м-3; СО – 1,16·10-3 кг·м-3; HCL – 23·10-6 кг·м-3).109Анализ результатов исследования, проведенного в данной главе, показал,что наиболее опасным сценарием пожара с участием НП для определениякритическихпараметровтепловогопотокаидругихОФПявляетсявоспламенение покрытия с последующим распространением пламени по егоповерхности (из помещения в коридор).
Результаты численного моделированияпо выбранному сценарию представлены на рисунках 3.24–3.31 и в таблицах 3.18–3.22, 3.26.45Тепловой поток, кВт/м2403513025220415310501060110160210260310Время, сРисунок 3.24 Распределение величин падающего теплового потокана высоте 1,7 м в плоскости измерений напротивдверного проема помещения очага пожара:1 – НКП с ворсом на основе полипропилена; 2 – ПВХ покрытия;Тепловой поток, кВт/м23 – НКП с ворсом на основе полиамида; 4 – НКП с ворсом на основе шерсти161144122108634201060110160210260310Время, сРисунок 3.25 Распределение величин теплового потокана высоте 0,3 м в плоскости измерений напротивдверного проема помещения очага пожара:1 – НКП с ворсом на основе полипропилена; 2 – ПВХ покрытия;3 – НКП с ворсом на основе полиамида; 4 – НКП с ворсом на основе шерсти110Характер изменения температуры в течение времени моделированияпредставлен на рисунках 3.26–3.31.700Температура, С600500400213002001000020040060080010001200140016001800Время, сРисунок 3.26 – Характер изменения температуры в помещении при горениинапольных покрытий на основе поливинилхлорида:1 – пожарная нагрузка ПН1, очаг пожара на полу;2 – пожарная нагрузка ПН2,очаг пожара на полу900Температура, С800700600500400300212001000020040060080010001200140016001800Время, сРисунок 3.27 – Характер изменения температуры при горении напольных ковровыхпокрытий с ворсом на основе полипропилена:1 – пожарная нагрузка ПН1, очаг пожара на полу;2 – пожарная нагрузка ПН2,очаг пожара на полу111900Температура, С800700600500400230012001000020040060080010001200140016001800Время, сРисунок 3.28 – Характер изменения температуры в помещении при горении напольныхковровых покрытий с ворсом на основе полиамида:1 – пожарная нагрузка ПН1, очаг пожара на полу;2 – пожарная нагрузка ПН2,очаг пожара на полу900Температура, С800700260050040013002001000020040060080010001200140016001800Время, сРисунок 3.29 – Характер изменения температуры в помещении при горении напольныхковровых покрытий с ворсом на основе шерсти:1 – пожарная нагрузка ПН1, очаг пожара на полу;2 – пожарная нагрузка ПН2,очаг пожара на полу11290080070026005004003143002001000020040060080010001200140016001800Рисунок 3.30 – Характер изменения температуры в помещении при горении напольныхпокрытий, пожарная нагрузка ПН1, очаг пожара на полу:1 – напольные ковровые покрытия с ворсом на основе шерсти; 2 – напольные ковровыепокрытия с ворсом на основе полипропилена; 3 – напольные ковровые покрытия с ворсом наоснове полиамида; 4 – напольные покрытия на основе поливинилхлорида.70060035004001300242001000020040060080010001200140016001800Рисунок 3.31 – Характер изменения температуры в помещении при горении напольныхпокрытий, пожарная нагрузка ПН2, очаг пожара на полу:1 – напольные ковровые покрытия с ворсом на основе шерсти; 2 – напольные ковровыепокрытия с ворсом на основе полиамида; 3 – напольные покрытия на основеполивинилхлорида; 4 – напольные ковровые покрытия с ворсом на основе полипропилена.113Для обоснования критической величины падающего теплового потокарассматривались средние значения теплового потока в плоскости измерений впределах системы двух помещений (за предельное расстояние принималосьрасстояние между дверными проемами) на высоте до 0,3 м, динамика нарастаниятеплового потока от газовой среды по длине коридора.
Область критическихвеличин падающего теплового потока в зоне нахождения напольных покрытийопределялась исходя из полученных расчетных значений в точках измерений навысоте h = 0,3 м в плоскости напротив дверного проема помещения очага пожарапри наступлении времени блокирования путей эвакуации, а также придостижении максимальной величины параметра до возникновения объемногопожара (таблицы 3.18–3.21).Таблица 3.18 – Распределение средних значений тепловых потоков по длине коридора (пригорении напольных покрытий на основе поливинилхлорида) на высоте до 0,3 мПожарная нагрузка ПН1, очаг располагается на полуl, м02468101214161820222426q,кВт/м22,310,290,140,080,060,050,050,040,040,030,030,030,030,026l, м02468101214161820222426q,кВт/м26,052,412,151,981,561,831,431,421,391,571,701,311,481,21Пожарная нагрузка ПН2, очаг располагается на полуТаблица 3.19 – Распределение средних значений тепловых потоков по длине коридора (пригорении напольных ковровых покрытий с ворсом на основе полиамида) на высоте до 0,3 мПожарная нагрузка ПН1, очаг располагается на полуl, м02468101214161820222426q,кВт/м22,170,030,020,020,020,020,020,020,020,010,010,010,010,01l, м02468101214161820222426q,кВт/м27,352,841,941,731,461,641,311,141,041,261,391,050,960,88Пожарная нагрузка ПН2, очаг располагается на полуТаблица 3.20 – Распределение средних значений тепловых потоков по длине коридора (пригорении напольных ковровых покрытий с ворсом на основе полипропилена) на высоте до 0,3 мl, мq,кВт/м2l, мq,кВт/м2Пожарная нагрузка ПН1, очаг располагается на полу013,824,0743,9662,6783,65104,90124,80144,41163,32185,34208,14225,60244,94266,05222,16242,25263,29Пожарная нагрузка ПН2, очаг располагается на полу02,9322,1542,2162,1982,55103,18122,78142,59161,86183,34204,26114Таблица 3.21 – Распределение средних значений тепловых потоков по длине коридора (пригорении напольных ковровых покрытий с ворсом на основе шерсти) на высоте до 0,3 мl, мq,кВт/м2l, мq,кВт/м2Пожарная нагрузка ПН1, очаг располагается на полу05,3823,3103,0222,2742,2562,4682,68102,90123,14143,31162,67182,56203,47224,04242,61262,83222,89242,57262,91Пожарная нагрузка ПН2, очаг располагается на полу42,4762,3482,80103,72123,16143,00162,81182,76204,33Область критических величин падающего теплового потока представлена втаблице 3.22.Таблица 3.22 Область критических величин падающего теплового потока для материалов НПИсследуемый параметрКритическое значениетеплового потока по времениблокированияпутей эвакуации, кВт/м2Напольные покрытия ПВХМаксимальное значениепадающего тепловогопотока, кВт/м20,72qкр6,05Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе полиамида1,46qкр7,35Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе полипропилена1,56qкр13,8Напольные ковровые покрытия с ворсом на основе шерсти0,77qкр5,38Сравнение полученных расчетных значений с данными крупномасштабныхэкспериментов представлено в таблице 3.23.Таблица 3.23 Сравнительная оценка тепловых потоков, полученных при моделировании сданными крупномасштабных экспериментов, изложенных в работах [31, 77] , сечение напротивдверного проемаВысота измерений,мРасчетные данныеРаботы[31, 77]Максимальноеотклонение, %0,313,818,525,40,516,924,029,6115Для определения времени эвакуации людей из помещений типового этажаиспользовалась модель индивидуально-поточного движения людских потоков,реализуемая в программе Pathfinder 2018 (рисунок 3.32).Время до начала эвакуации принято tнэ для зданий класса функциональнойпожарной опасности Ф 1.2 и Ф 4.3 (приказ МЧС России № 382 от 30 июня2009 года «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарногориска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональнойпожарной опасности»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
