Диссертация (1172936), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Очевидно, что условия температурного воздействия на стеклопакетрасположенный над этажом пожара будут отличаться от условий при пожаревнутри помещения.Это также оказывает влияние на критерий разрушениястеклопакета на верхних этажах, однако подобные данные в научных изданияхотсутствуют.Сегодня в строительстве светопрозрачных фасадов зданий используетсяширокий спектр стеклопакетов, отличающихся формулами, видами стекол, ихкомбинацией, толщиной и размерами.

А имеющиеся данные о поведении стекла вусловиях пожара не позволяют однозначно определить критерий разрушениясветопрозрачных конструкций из стеклопакетов.Экспериментальныеисследованияпозволятустановитькритерийразрушения для конкретного типа стеклопакета в зависимости от условийразвития пожара. Для использования полученного критерия в дальнейших56расчетах устойчивости при пожаре светопрозрачной конструкции, потребуетсятеоретическое исследование параметров пламени и размеров температурных зонвдоль плоскости фасада.

При этом на разрушение стеклопакета расположенногонад этажом пожара будет оказывать влияние совершенно другой критерийТаким образом, установлена необходимость определения дополнительныхкритериев разрушения светопрозрачных конструкций при воздействии пожара свнешней стороны здания.2.3 Выбор и обоснование исходных данных для расчетаРешение любой пожарно-технической задачи начинается с определенияхарактера развития пожара и его воздействия на ограждающие и другиестроительныеконструкцииздания.Вобщемвидеуравнениепожараописывается системой уравнений Навье – Стокса, уравнением энергии(включающем в себя перенос энергии за счет конвективных процессов,теплопроводности,излучения,диффузии,химическихреакцийгоренияпожарной нагрузки), уравнениями неразрывности, диффузии, состояния итеплообмена [48].

Решение данной задачи представляет собой сложныйпроцесс, реализуемый современными инструментами для моделированияпожара,такимикакFireDynamicsSimulator(FDS),разработанныйНациональным институтом стандартов и технологий США.Программа FDS реализует основы полевого метода моделирования пожара,основанного на уравнении сохранения массы, импульса, энергии и масскомпонентов в рассматриваемом малом контрольном объеме [84, 85].Уравнение сохранения массы:(u j )  0tx jУравнение сохранения импульса:(2.2)57p ij(u j ) (u j ui )   gitx jxi x j(2.3)Для ньютоновских жидкостей, подчиняющихся закону Стокса, тензорвязких напряжений определяется выражением: u u jij    i  x j xi 2 ukij  3xk(2.4)Уравнение энергии:p(h) (u j h) tx jt x j  h  q Rj  c p x j  x j(2.5)Tгдеh  h0   c p dT   Yk H kT0kk-го компонента;q Rj– статическая энтальпия смеси; Нk – теплота образованияc p   Yk c p,kk– теплоемкость смеси при постоянном давлении;– радиационный поток энергии в направлении xj.Уравнение сохранения химического компонента k:(Yk ) (u jYk ) tx jx jY  D k   Skx j (2.6)Для замыкания системы уравнений используется уравнение состоянияидеального газа.

Для смеси газов оно имеет следующий вид:p  R0T kYkMk(2.7)где Rо – универсальная газовая постоянная; Mk – молярная масса k-гo компонента.Полевой метод позволяет с достаточно высокой точностью производитьоценку влияния пожара на ограждающие конструкции здания, в том числе и снаружной стороны. Метод учитывает размеры помещения очага пожара,количество и способ размещения горючей нагрузки, условия вентиляции.58Исходнымиданнымидлямоделированияслужаттеплофизическиехарактеристики пожарной нагрузки, полученные в ходе исследований ипредставленные в работах [86, 87]. Для жилых помещений приняты следующиепараметры горючей нагрузки: низшая теплота сгорания Qн, = 13,8 МДж/кг;дымообразующая способность Dm = 270 Нп·м²/кг; удельная массовая скоростьвыгорания ψуд = 0,0145 кг/м² с; линейная скорость распространения пламени υ =0,0045 м/с; удельный расход кислорода – 1,03 кг/кг; выделение СО2 = 0,203 кг/кг;выделение СО = 0,0022 кг/кг; выделение НСl = 0,014 кг/кг.Моделирование в FDS симуляторе является длительным процессом,требующим больших вычислительных ресурсов и затрат времени.

В зависимостиот необходимой точности математического моделирования при решенииинженерных задач, специалистами могут применяться упрощенные модели.Пожарная нагрузка в жилом помещении представлена в виде твердыхгорючих материалов (древесина, ткани, пластмассы и т.п.), равномернораспределенных по всему объему помещения. Наибольшую опасность дляограждающихконструкцийзданияпредставляютобъемныепожары,отличительной чертой которых является отсутствие значительных градиентовтермодинамических параметров (в связи с сильной степенью перемешивания), чтоприводит к практически незначительному отличию локальных характеристик отсреднеобъемных. Эта важная характеристика объемных пожаров позволяетописывать их развитие интегральными параметрами и использовать сравнительнопростой метод «интегрального» математического моделирования [48].Как было отмечено ранее, объемные пожары по характеру развитияподразделяются на регулируемые нагрузкой и регулируемые вентиляцией.Решение задачи интегральным методом сводится к определению вида пожара(ПРН или ПРВ), который в свою очередь зависит от условий вентиляциипомещения и количества горючей нагрузки, характеризующей условие переходаот пожара, регулируемого нагрузкой к пожару, регулируемому вентиляцией (qкр).Исходными данными для расчета являются:59– характеристики помещения (площадь пола, стен, проемов (в том числесветопрозрачного заполнения));– количество горючей нагрузки и ее теплота сгорания.Пожар, регулируемый вентиляцией, создает угрозу распространения пожарана вышележащие этажи посредством воздействия на светопрозрачное заполнениевышележащего этажа, устойчивость которого будет определяться критериямиустойчивости для каждого типа стеклопакета.Дальнейшийрасчетведетсяпоэмпирическимзависимостям,позволяющим определить высоту и температуру пламени.

Были проверенызависимости, предложенные [68], которые подтвердили высокую сходимость срезультатамикрупномасштабныхэкспериментовДальнейшее[18].использование данных зависимостей требует их уточнения для условийвысотногостроительства,дляэтогонеобходимоввестикоэффициент,учитывающий влияние вертикально направленного восходящего ветровогопотока на размер пламени.Дляреальногоопределенияпожараикритерияуточненияразрушениястеклопакетакоэффициента,вучитывающегоусловияхвлияниевертикального ветра, необходимо проведение натурного огневого эксперимента.2.4 Алгоритм расчета устойчивостисветопрозрачной фасадной конструкции при пожареУстойчивость при пожаре светопрозрачной фасадной конструкции являетсякачественным параметром проектируемого здания. Зная о геометрическихпараметрахпомещений,характереразвитияпожараиэффективностиприменяемых средств и способов предотвращения распространения пожараможно известными зависимостями определить устойчивость светопрозрачнойконструкции.

Данные о критериях разрушения светопрозрачных конструкцийфасада позволят спрогнозировать вероятность его разрушения в условиях пожараи определить наиболее эффективные способы защиты.60Дляпроведенияпожарно-техническихрасчетовпоопределениюустойчивости при пожаре светопрозрачной фасадной конструкции, предлагаетсяиспользовать алгоритм, представленный на рисунке 2.2.Устойчивость светопрозрачной конструкцииИсходные данные: параметрыпомещения и горючей нагрузкиqуд≤qкр → ПРН если qуд≥qкр → ПРВОпределяется максимальная температурапожарав помещении очагаОпределяются параметры пламени снаружи здания – высота hп,температура tп в области светопрозрачного заполненияСветопрозрачныеконструкции фасадасоответствуют условиюустойчивостиОпределяется условие устойчивостисветопрозрачных конструкцийСветопрозрачные конструкциифасада не соответствуют критериямустойчивостиВыбор способов защиты фасадаРисунок 2.2 – Алгоритм определения устойчивостисветопрозрачной фасадной конструкции при пожаре61В соответствии с предложенным алгоритмом определения устойчивостисветопрозрачной фасадной конструкции при пожаре, первой задачей являетсяопределение характера развития пожара, для чего определяется удельноеколичество горючей нагрузки (qуд) в помещении:(2.8)которое сравнивается с критическим значением пожарной нагрузки (qкр),превышение которого определяет ПРВ:(2.9)где mi – количество i-го материала, входящего в состав пожарной нагрузки кг;Qi – теплота сгорания для i-го материала, кДж/кг; Qдр – теплота сгораниядревесины, кДж/кг; Fобщ – общая площадь ограждающих помещений стен, полаи потолка, м2, определяется; Fобщ = 6V2/3; Аобщ – общая площадь проемовв помещении, м2; V – объем всего помещения, м.куб; Vв – удельноеколичество воздуха, которое необходимо для полного сгорания горючихматериалов, м3/кг, Vв = 0,236·10–3·ΣmiQi; П – проемность помещения, м1/2,определяется; Аi – площадь i-го проема в помещении, м2; hi – высота i-гопроема в помещении, м.Для ПРН максимальная среднеобъемная температура определяется повыражению:(2.10)Для пожара регулируемого вентиляцией:(2.11)где– температура окружающего воздуха, К;приведенная к площади помещения –,пуд– удельная пожарная нагрузка,пдр.Для определения степени влияния пожара на фасад здания определяеммаксимальное значение среднеобъемной температуры пламени на выходе из62горящегопомещения.Согласнопринятомудопущениюсчитается,чтосветопрозрачное заполнение на уровне этажа пожара разрушено и пожар выходитнаружу, воздействуя на фасад здания с внешней стороны.Согласно эмпирическим зависимостям, представленным в работе [68],высота пламени и температура в области светопрозрачного заполнениявышележащего этажа могут быть определены по следующим зависимостям:(2.12)(2.13)где a – высота оконного проема, м; b – ширина оконного проема, м; Th –температура на высоте h; T0 – температура окружающей среды; Tоп – температурав оконном проеме; h – расстояние вдоль оси пламени, м; υm – массовая скоростьвыгорания, кг/с.Полученные данные о высоте пламени и его температуре позволяютопределить устойчивость светопрозрачной конструкции в случае выхода пламенина фасад.

Характеристики

Список файлов диссертации