Диссертация (1172926), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Зотов получил усовершенствованное уравнениединамикизадымленияпомещения,характеристик применяемых материалов:учитывающеевозможностьучета50VгдеVk mсс   k Dm n уд    Wi   i    mсс    W j   j    vc  S c   i 1 j 1,(1.9)– объем помещения,  – альбедо поверхностей в помещении,  mсс –среднеобъемное значение натурального показателя ослабления света, Dm –дымообразующая способность материала, k – количество проемов, Wi – свободныйрасход дыма, поступающего в помещение, W j – объемный расход дыма в j-мпотоке, уходящем из помещения,  i – натуральный показатель ослабления светав i-м потоке,  j – коэффициент, учитывающий расхождение натуральногопоказателя ослабления света в j-м потоке от  mсс , Sс – площадь поверхностей,на которые осаждаются частицы дымовой среды, vc – средняя скорость движениядымовых частиц по направлению нормали к указанным поверхностям.Чуть ранее в работе [42] была исследована возможность расчетакритического уровня задымленности в помещении.

Была получена формула дляпредельно допустимого уровня задымления с учетом объемно-планировочныхрешений, свойств зрения человека (порог чувствительности в дыму – 0,302 кд/м2),освещенности: кр 1l тр E  lg min  , L  в.кр . (1.10)где  кр – предельно допустимое значение показателя ослабления света, Emin –минимальная освещенность данного типа помещений, lтр – требуемая дальностьвидимости,  – альбедо поверхностей помещения, Lв.кр . – порог чувствительностичеловеческого глаза.Также в работе [39] автор исследует предельное значение показателяослабления света дымом (далее – ПОСД), скорость опускания слоя дыма припожаре и ослабления света в дыму во времени.На сегодняшний день наиболее точным методом расчета возможногоуровня задымления в помещении является численное моделирование пожара впомещении [36, 65].511.3 Моделирование и методы расчета температурногорежима пожара в помещенииКонцепцияопределениянормативныхтребованийкприменениюматериалов в помещении должна исходить из понимания пожара, как явления исложного физико-химического процесса.Область допустимого или пожаробезопасного применения полимерныхнапольных покрытий, как и любого другого материала, связана прежде всего сособенностямитермогазодинамическойкартинывероятногопожара.Прогнозируемые параметры динамики развития пожара на сегодняшний деньописываются множеством математических моделей, разработанным учеными впоследние десятилетия.

Однако для установления связи между нормативнымитребованиями и реальным пожаром необходимо определение температурного(теплового)режимапожараспомощьюфизическогоиличисленногоэксперимента.Расчет температурного режима пожара основывается на замкнутой системедифференциальных уравнений, описывающих развитие пожара в помещении.Конечной целью исследования температурного или теплового режимов пожараявляется, как правило, получение прогнозных величин термодинамическихпараметровсреды,зависимости Tопределениефункциональнойтемпературно-временной f (t) , анализ параметров высокотемпературного нагревастроительных конструкций и, как следствие, определение устойчивостиисследуемых конструкций при пожаре.В 1988 году была разработана Методика расчета температурного режимапожара в помещении [43], которая включила в себя подробное описаниематематическогоаппаратадлярешениясопряженнойзадачи(расчеттермогазодинамических параметров пожара, процесса прогревания ограждающихконструкций и тепловых потоков в ограждающие конструкции), а такжерекомендаций по практическому применению результатов расчетов.52Предполагается, что расчет температурного режима пожара в помещениисостоит из нескольких последовательных этапов:– анализ конструктивно-планировочных решений помещения исследуемогообъекта, количества, вида, способа размещения пожарной нагрузки;– определение вида пожара (локальный, объемный (пожар, регулируемыйнагрузкой, пожар, регулируемый вентиляцией));– выбор закона изменения основных параметров пожара (тепловыделение(скорость выгорания), теплообмен, газообмен);– выбор метода расчета (интегральный, зонный, полевой);– определение эквивалентной продолжительности пожара;– расчетвероятностныхзначенийискомыхпараметровпожарав помещении [44].Помещение пожара может рассматриваться как система взаимныхизлучающих поверхностей (рисунок 1.11).Приопределениинеобходимыхидостаточныхусловийдляпожаробезопасного применения полимерных напольных покрытий возможенподход, используемый ранее [31, 76, 77], основанный на установлении критериевтеплового воздействия, обуславливающих критические параметры, которые могутбыть определены при лабораторных исследованиях степени пожарной опасностиматериалов.Подобными параметрами пожарной опасности являются описанные вподразделе 1.1 и 1.2 критическая поверхностная плотность теплового потока, прикотором материал не воспламеняется и не распространяет пламя, коэффициентдымообразующей способности, показатель токсичности.

В этой работе вниманиебудет сосредоточено на двух основных параметрах: способность распространятьпламя по поверхности и дымообразующая способность. Критерии же тепловоговоздействия на напольные покрытия при пожаре могут быть определены толькопри тщательном изучении температурного (теплового) режима.Физические особенности теплопередачи из очага пожара в разныеограждающие поверхности помещения (стены, перекрытия, пол) подробнорассмотрены в работах [1, 3, 4, 7, 15, 38, 125, 132].

В классической теориитеплообменавыделяюттримеханизмапередачитепламежду53взаимодействующимиэлементамитермодинамическойсистемы:теплопроводность, конвекция и излучение.hФФchcбаchФФвгРисунок 1.11 – Взаимные излучающие поверхности (системы)при пожаре в помещении [44]:а – взаимная излучающая система «факел-пол»; б – взаимная излучающая система «факел-боковаяповерхность»; в – взаимная излучающая система «факел-потолок»; г общая взаимная излучающаясистема; Ф – факел; h – высота помещения; b – ширина помещения; с – расстояние от факеладо фронтальной стеныКаждому из вышеназванных видов теплообмена соответствуют различныезадачи, которые решаются с помощью надлежащего математического описанияподобных процессов.

Передача энергии в виде тепла в телах (твердых, жидких,газообразных) описывается исходя из условий локального термодинамическогоравновесия и предполагая, что исследуемые тела обладают некоторой формой(континуум).Математическиежемоделиосновываютсянаначалахтермодинамики и фундаментальных законах физики (законы сохранения массы,энергии, импульса, движения).На сегодняшний день наиболее близкими к получению достоверныхрезультатов методами термодинамического исследования пожара с цельюрешения некоторых нормативных задач являются методы натурных наблюдений(проведение крупномасштабных испытаний), а также методы численного54моделирования пожара.

В обоих случаях мы стремимся к получению знания отемпературном и тепловом режиме пожара с учетом всех влияющих факторов.Известны натурные эксперименты, проведенные отечественными ученымии специалистами (например, на базе ВНИИПО МЧС России), описанные в трудах[95, 108, 139, 140, 153], а также ученых и специалистов за рубежом [114, 131,149, 139, 159].Одна из примечательных работ была посвящена определению предельныхзначений параметров пожарной опасности для отделок в гостиницах [96].

В этойработе проведен крупномасштабный эксперимент, результаты которого могутбыть применены и в настоящей работе. Также для обзора был выбран еще однакрупная экспериментальная работа. Эксперимент известен как CardingtonFire Tests, проведен в Великобритании (Building Research Establishment)в 1999–2000 гг. и описан в работах [103, 132, 135, 137, 139].Крупномасштабный эксперимент в работе [31] был выполнен в три сериис применением установки «Фрагмент высотного здания», созданной во ВНИИПОМВД СССР (таблица 1.16). Основные задачи испытаний были сведены копределению характера изменения локальных значений температуры среды подлине и высоте коридора, взаимосвязи температуры продуктов горения ивеличиной падающего на стены теплового потока, зависимости между площадьюпожара и температурой среды в сечении дверного проема.

Измерениетемпературы среды проводилось на уровнях 0,5 м, 1 м, 1,5 м, 2 м, 2,5 м, а такжечерез каждый 2,5 м по длине коридора.Таблица 1.16 – Данные о пожарной нагрузке, используемой в крупномасштабном экспериментев работе [31]Вид горючейнагрузкиШтабели из брусковдревесиныШтабели из составных частейгостиничной мебелиГостиничная мебель,постельные принадлежности,предметы интерьера,линолеумМасса горючейнагрузки, кгМатериалотделочногоматериала400Масляная эмаль (12 слоев)400ДБСП (ТУ 400-1-18-79)400Асбоцементные плиты сполимерным покрытием(РХО)55Порезультатамэкспериментабылиполученывесьмаинтересныерезультаты, актуальные и по сей день. К примеру, определены максимальныеплотности тепловых потоков для каждого материала на участках прекращенияраспространения пламени 24,93 (ДБСП (ТУ 400-1-18-79)); 24,8 (асбоцементныеплиты с полимерным покрытием (РХО)) и 13,5 кВт/м2 (масляная эмаль(12 слоев)).

Результаты испытаний (измеренные тепловые потоки для участкастены) для ДБСП (ТУ 400-1-18–79) представлены в таблице 1.17.Результаты эксперимента позволили создать основу для параметрическогорасчета степени пожарной опасности материалов, были получены эмпирическиеформулы и соответствующие к ним рекомендации.Таблица 1.17 – Падающие тепловые потоки на стену коридораОтносительная высотакоридора0,500,33Максимальный тепловойпоток (напротив дверногопроема), кВт/м224,018,5Максимальный тепловойпоток (на расстоянии 2,5 м отдверного проема), кВт/м213,59,8Однако важно отметить, что итоговая концепция определения нормативныхтребований к области применения отделочных материалов была принята исходяиз максимально неблагоприятных условий развития пожара, то есть реальныйтемпературный режим пожара не был учтен.Серия экспериментов в Кардингтоне была выполнена на большойкрупномасштабной установке размером 12x12 м в плане, высотой 3 м и включилав себя 8 сценариев, для которых были определены различные условия попроемности, составу пожарной нагрузки (40 кг/м2) и теплоизоляции помещений.Экспериментальнаяработаявляласьчастьюсозданияновойконцепцииобеспечения пожарной безопасности, разрабатываемой в странах Европы иоснованной на наблюдении поведения материалов и конструкций в условияхреального пожара.

Основная цель исследования состояла в проверке адекватностинекоторых зонных моделей и утверждении ряда возможных сценариев длявалидации программ для моделирования.56Результаты эксперимента включают в себя описание распределения полейтемператур газовой среды и тепловых потоков в объеме помещения. Так, уже надесятой минуте максимальная величина теплового потока равна 200 кВт/м2(над очагом пожара), и 60 кВт/м2 у дверного проема.Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении можноусловно разделить на интегральные, зонные и методы, основывающиеся навычислительной гидродинамике (полевые). В настоящей работе предпочтениеотдано полевому методу, как наиболее достоверному и перспективному длярешения современных задач нормирования.Интегральныемоделипосвященыопределениюсреднеобъемныхпараметров газовой среды пожара: давления, температуры, плотности, массовыхконцентраций токсических компонентов распада, кислорода и оптическойконцентрации дыма.

Характеристики

Список файлов диссертации