CC BY
83
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА В РАМКАХ ГИБКОГО ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОТИВОПОЖАРНОГО НОРМИРОВАНИЯ
И.В. Ситников, М.Н. Исакова, А.А. Однолько, к.т.н., доцент ФГБОУ ВПО Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Современное гибкое объектно-ориентированное противопожарное нормирование основано, в частности, на определении требуемого времени эвакуации людей при пожаре, в основе которого лежит моделирование динамики опасных факторов пожара (ОФП). Методики определения величины пожарного риска [1] рекомендуют применять интегральные, зонные и полевые математические модели пожара (ММП).
Указанные модели, отличаются, в частности, степенью детализации описания термогазодинамических параметров развития пожара [2], а именно:
- интегральная модель описывает изменение среднеобъемных параметров газовой среды во всем объеме помещения;
- зонная модель описывает изменение среднеобъемных параметров газовой среды верхнего и нижнего объемов помещения;
- полевая модель описывает изменение параметров газовой среды для множества контрольных объемов.
Данные модели основаны на значительном количестве допущений и упрощений, которые в частности снижают точность результатов и ограничивают область применения. Обсуждаются результаты анализа указанных допущений и упрощений [3, 4].
В настоящее время рабочей группой кафедры пожарной и промышленной безопасности Воронежского ГАСУ проводится работа, направленная на разработку математической модели пожара, свободных от ряда допущений и упрощений, принятых в методиках [1]. Докладывается о подготовке содержательной постановки задачи моделирования термогазодинамических процессов развития пожара в условиях функционирования вентиляционных систем дымоудаления.
Обсуждаются результаты следующих работ:
- обзор литературных источников;
- анализ и сравнение между собой существующих ММП ;
- анализ экспериментальных данных объектов-аналогов;
- разработка общего плана математического моделирования объектов исследования
Показывается, что объектом моделирования является сложная система взаимосвязанных термогазодинамических процессов развития пожара, которой присуще нелинейное многовариантное поведение.
Рассматриваются параметры, описывающие состояние и поведение объекта моделирования:
- совокупность входных (управляемых) воздействий на объект (qx): начальные характеристики внутренней и внешней газовой среды (температура, давление, парциальные концентрации О2, СО, СО2, HCL, горючих газов технологического процесса, оптическая плотность внутренней газовой среды);
- совокупность воздействий внешней среды (неуправляемых, qe): характеристики пожарной нагрузки (пространственное расположение, количество, низшая теплота сгорания, удельная скорость выгорания, дымообразующая способность, стехиометрические коэффициенты О2, СО, СО2, HCL, расход поступающих горючих газов из технологического оборудования); объемно-планировочные и инженерно-технические решения (геометрические размеры, технические характеристики системы автоматических установок пожарной сигнализации и дымоудаления, а также пространственное расположение, материал ограждающих и несущих конструкций);
- совокупность внутренних (собственных) параметров объекта (Qj): процессы изменения среднеобъемной массы и внутренней энергии газовой среды;
- совокупность выходных характеристик (qy ): среднеобъемные характеристики газовой среды при пожаре (основные ОФП).
С учетом вышеизложенного формулируется концептуальная и математическая постановка задачи об изменении среднеобъемных параметров газовой среды при пожаре в условиях функционирования вентиляционных систем дымоудаления [5].
Изменение среднеобъемных параметров газовой среды при пожаре в помещении описывается в соответствии с законами сохранения массы и энергии.
Принимаются следующие гипотезы:
- объектом моделирования является газовая смесь, заключенная в объеме помещения V, в состав которой входит кислород, углекислый газ, угарный газ, хлористый водород и горючие пары толуола;
- газовая среда внутри помещения при пожаре есть смесь идеальных газов;
- в каждой точке пространства внутри помещения в любой момент времени реализуется локальное равновесие;
- параметры газовой среды при пожаре одинаковы в каждой точке помещения и принимают значение усредненные по всему объему.
Приводится математическая постановка задачи моделирования:
d pm __(-1дымоуд s-iöbmayö (1)
V dz ' Gnpum
V—\ — \ = {лОр + i W + с TGöblMoyd -c ,ТОдышоуд -Q
cIt \ k 1 / Z' pe в прит pk m выт -s^w
(2)
dp
v—p=+p Gdbma0 -^-Görna»
dr p p
r'm r^m
P
(3)
dr Pm
(4)
V^ = DW- Ип dr
f г^дымоуд выт
V pm
+ kF
(5)
Обсуждаются дальнейшие задачи разработки рассматриваемой ММП.
Список использованной литературы:
1. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности: приказ МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 // ФГУ ВНИИПО МЧС России. 71 с.
2. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987. 444 с.
3. Однолько А.А. Определение величины пожарного риска в производственном помещении с выделением горючих жидкостей и газов /
A.А. Однолько, И.В. Ситников // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2011. Вып. 3 (23). С. 125-133.
4. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях зданий: Методические рекомендации / A.M. Рыжов, И.Р. Хасанов, А.В. Карпов [и др.]. М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. 35 с.
5. Ашихмин, В.Н. Введение в математическое моделирование /
B.Н. Ашихмин, М.Б. Гитман, И.А. Келлер [под ред. П.В. Трусова]. М.: Логос, 2005. 440 с.
