CC BY
22
Имитационное моделирование
термогазодинамических процессов развития пожара для определения его критической продолжительности
И. В. Ситников, ассистент, М. Н. Исакова, магистрант, А. А. Лучкина, магистрант В. И. Венедиктова, магистрант А. А. Однолько, профессор, канд. техн. наук, доцент
Воронежский ГАСУ, г. Воронеж
Уменьшение величины пожарного риска объекта защиты, осуществляется, в частности, посредством ряда мероприятий, направленных на уменьшение расчетного или на увеличение требуемого времени эвакуации [1, 2]. Требуемое время эвакуации определяется с помощью трех типов математических моделей пожара (ММП): интегральная зонная и полевая. Обсуждаются результаты анализа допущений и упрощений, принятых при реализации интегральной ММП, которые снижают точность результатов моделирования и сужают область их применения [3, 4, 5].
Рассматриваются направления совершенствования интегральной ММП, в основе которой лежат фундаментальные законы сохранения массы и энергии. Указанная модель представляет собой систему нестационарных дифференциальных уравнений с «жесткой» связью, которая замыкается дополнительными соотношениями для естественного газообмена с окружающей средой, массовой скорости газификации пожарной нагрузки, теплоотвода в ограждающие конструкции, излучений через открытые проемы, уравнением состояния газовой среды.
йт
у^т= у+О - о,+Ор - +оое, (1)
й т I k -1
= л- + К +
Ч •( ^ + Опр ) - \г •( О, + аеЫт ) + ^ ■ О» - Qw - Qr + Qo
(2)
^ = (^уд)о • К + 0,23'( ^ Опр ).(1 - *), (3)
^02 ' ^г
где ууд - удельная скорость выгорания (скорость газификации), кг/с; рт -
3 2
среднеобъемная плотность, кг/м ; рт - среднеобъемное давление, Н/м ; Тт - среднеобъемная температура, К. Описания остальных переменных приведены в работе [4].
Отметим, что система дифференциальных уравнений интегральной ММП имеет лишь численное решение методом Рунге-Кутта-Фельберга 4-5
порядка точности с переменным шагом. Аналитическое решение основано на ряде допущений, снижающих точность результатов и ограничивающих область применения математической модели. Выполнен анализ указанных допущений и упрощений.
В рамках научной работы по снятию перечисленных допущений разработана имитационная интегральная ММП. Обсуждаются результаты экспериментальных исследований динамики опасных факторов основанных на численном решении дифференциальных уравнений интегральной ММП для рассмотренных сценариев развития пожара, в соответствии с рис. 1 и 2.
--^ N \.................... \ 1
\ ............у
1
: \
\ V- - -1-1-
Рис. 1. График зависимости среднеобъемной парциальной плотности газовой среды от времени развития пожара
1«ц|-1-1-1-1-1-1-
1 1СВ ЭК ЭОС АЙЗ :ГО го КЛ И
Рис. 2. График зависимости среднеобъемного давления газовой среды от времени развития пожара
Выводы. Таким образом, в работе выполнен анализ математических моделей пожара, применяемых для моделирования динамики опасных факторов пожара.
Разработана имитационная модель позволяющая исследовать динамику ОФП при различных сценариях развития пожара и совершенствовать методику определения величины пожарного риска.
Получены численные решения дифференциальных уравнений интегральной ММП для рассмотренных сценариев развития пожара.
Библиографический список
1. Кошмаров, Ю. А. Развитие пожара в помещении. Горение и проблемы тушения пожаров / Ю. А. Кошмаров // Сб. науч. тр. ВНИИПО МВД СССР. - Вып. 5. - М., 1955. - С. 31-45.
2. Однолько, А. А. Определение величины пожарного риска в производственном помещении с выделением горючих жидкостей и газов / А. А. Однолько, И. В. Ситников // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2011. - № 3. - С. 125 — 133.
3. Моделирование пожаров и взрывов / Под общ. ред. Н. Н. Бруш-линского и А. Я. Корольченко. - М.: Изд. «Пожнаука», 2000. - 482 с.
4. Ситников, И. В. Анализ математических моделей пожара, применяемых для расчета времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара / И. В. Ситников, И. А. Шепелев, С. А. Колодяжный, А. А. Однолько // Инженерные системы и сооружения: Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. - № 1(6) - 2012. - С. 81 - 87.
5. Кошмаров, Ю. А. Процессы нарастания опасных факторов пожара в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара/ Ю. А. Кошмаров, В. В. Рубцов. - М.: МИПБ МВД РФ, 1999. - 90 с.
