CC BY
41МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРА НА АВТОСТОЯНКЕ ЗАКРЫТОГО ТИПА МЕТОДОМ ЭМПИРИЧЕСКОГО ПОДОБИЯ
A.Б. Акимова;
Ю.Д. Моторыгин, доктор технических наук, профессор;
B.А. Ловчиков, доктор химических наук, профессор. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Исследуется пожарная безопасность мест хранения автомобилей. Предложен новый метод - метод эмпирического подобия, используемый для описания процессов развития и возникновения опасных факторов пожара на автостоянках закрытого типа. Проведен сравнительный анализ реального горения кубических модулей с результатами компьютерного моделирования с применением программных комплексов.
Ключевые слова: автостоянка, транспортное средство, метод эмпирического подобия, программный комплекс
SIMULATION OF A FIRE IN A CLOSED-TYPE PARKING LOT USING THE METHOD OF EMPIRICAL SIMILARITY
A.B. Akimova; Yu.D. Motorigin; V.A. Lovchikov.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia
There is examines the fire safety of car storage areas. A new method is proposed-the method of empirical similarity, which is used to describe the processes of development and occurrence of fire hazards in closed parking lots. A comparative analysis of real burning cubic modules was done, through the computer simulation with the use of software systems.
Keywords: parking lot, vehicle, empirical similarity method, software package
Начиная с 2008 г. для расчета развития опасных факторов пожара [1] появились методики, в которых используются детерминированные или аналитические методы расчета [2]. Наряду с этим развиваются стохастические методы расчета этих факторов.
Развитие пожара (возникновение опасных факторов пожара) во многом зависит от типа, вида и теплофизических свойств материалов, которые служат пожарной нагрузкой. В детерминированных программах, разработанных для оценки пожарного риска, существуют базы данных стандартных видов материалов. Однако зачастую этих данных недостаточно для того, чтобы описать моделируемые процессы, такие базы данных не способны объективно отразить развитие и распространение пожара на автотранспорте в закрытых автостоянках.
Наиболее достоверными всегда считались эмпирические методы оценки развития опасных факторов пожара. Однако натурные испытания являются дорогостоящими и трудоемкими. Наиболее удобным и эффективным при оценке пожарной опасности на закрытых автостоянках является применение метода эмпирического подобия. Исследования отечественной и зарубежной литературы показали, что появились тенденции в развитии детерминированных методов анализа пожарного риска, использующих метод эмпирического подобия, когда реальные пожароопасные объекты заменяются специально подобранными эквивалентами.
Так, например, в работе В.В. Зайцева в качестве оценки воздействия пламени на салон автомобиля пожарная нагрузка в кабине транспортного средства определена по условной древесине [3].
Анализ зарубежной литературы по моделированию автостоянок и автомобилей показал, что в мировой практике используется замена реальных автомобилей поролоновым эквивалентом. Другим эквивалентом пожарной нагрузки могут служить кубические элементы [4].
В ряде работ [5, 6] для моделирования эквивалентной пожарной нагрузки использовались кубические модули, сделанные из бумаги для черчения, размерами ребра, равным 7,5 см (рис. 1).
Рис. 1. Модуль с ребром 7,5 см
Целью исследования было физическое обоснование использования метода эмпирического подобия для оценки развития опасных факторов пожара на закрытых автостоянках.
За основу исследования были взяты кубические модули с ребром 7,5 см, аналогичные исследованиям, проведенным ранее [5, 6], однако кубические модули были сделаны из различных материалов: поролона, пластмассы, пластика. Модули могут быть не одинаковыми, а с учетом места расположения моделируемого отсека. Оптимальность выбранных материалов обусловлена тем, что большую часть пожарной нагрузки легковых автомобилей составляют: резина, из которой изготавливаются шины автомобиля и отдельные детали; поролон - салон автомобиля; различные пластмассы, из которых изготавливаются инструментальные панели. Например, салон автомобиля представлен модулем из поролона. Для подтверждения метода эмпирического подобия были проведены исследования с использованием метода компьютерного моделирования с применением программных комплексов: Pyrosim, Fenix +.
Для исследования возникновения горения и развития пожара в начальной стадии были выбраны три кубических модуля из разных материалов (поливинилхлорид (ПВХ), поролон, резина), с размерами ребра 7,5 см (рис. 2).
Рис. 2. Три модуля с ребром 7,5 см
На начальном этапе исследовался один кубический модуль (материал поролон). На различном расстоянии от объекта расположены регистраторы. Расстояние от исследуемого объекта до первого регистратора - 3 см, до второго регистратора - 6 см, до третьего регистратора - 9 см, до четвертого регистратора - 12 см (рис. 3).
Рис. 3. Исследование зависимости изменения температуры от расстояния
На рис. 4 представлены графики изменения температур, построенные в программном комплексе БОБ. Графики отражают зависимость изменения температуры от расстояния, на котором расположены регистраторы относительно исследуемого объекта.
00 ЗОЯ) ИЛЮ 150Д ЯЮД 250Д ХОД 00 ЭОДО 1С0Д 150Д ХОД НОЛ ХОД
Время (о) Время (о)
Время (з) вЕеи' №
Рис. 4. Графики изменения температур
Регистратор, расположенный на расстоянии 3 см от исследуемого объекта, на 55 с показал температуру ~ 305 0С. Регистратор, расположенный на расстоянии 6 см, на 60 с показал температуру ~ 260 0С. Регистратор, расположенный на расстоянии 9 см, на 65 с показал температуру ~ 325 0С. Регистратор, расположенный на расстоянии 12 см, на 70 с показал температуру ~ 305 0С. Ближе к 100 с отмечается спад температуры на всех регистраторах.
Оценив изменение температуры на регистраторах относительно возгорания одного кубического модуля, переходим к исследованию трех соприкасающихся модулей. Три соприкасающихся модуля являются эквивалентом автомобиля.
На рис. 5 представлено исследование модуля № 2 (слева направо), материал -поролон, наносится инициатор горения - дизельное топливо и поджигается при помощи открытого пламени. Для измерения опасных факторов пожара на гранях куба установлены регистраторы. Каждый регистратор является комплексным измерительным прибором и состоит из нескольких сенсоров (1 сенсор на 1 см регистратора). Сенсор представляет собой контрольную точку измерения опасных факторов пожара (температура, видимость, тепловой поток, концентрации кислорода, оксида углерода).
На рис. 6 показан график изменения температуры для регистраторов 1-4.
Рис. 5. Горение модуля № 2, смоделированное в программе Руго81ш
Время (5)
Рис. 6. График изменения температуры для регистраторов 1-4
Температура плавления ПВХ>200 оС, температура возгорания поролона > 250 оС. На 8 с поролон воспламеняется, и пожар распространяется на модуль из материала ПВХ (табл. 1). Кубический модуль из резины подвергся термическому разложению на 30 с.
Далее на модуль № 3 (слева направо), материал - резина, наносится инициатор горения - дизельное топливо, поджигается при помощи открытого пламени. Для измерения опасных факторов пожара на гранях куба установлены регистраторы (рис. 7).
Таблица 1. Изменения температуры модулей
Время, с Температура, 0С Материал
1,7 80 Поролон
4,3 220 Поролон
6 245 Поролон
8 255 Поролон
10,3 200 Поролон + ПВХ
12 220 Поролон + ПВХ
Рис. 7. Горение модуля № 3, смоделированное в программе Руго81ш
На рис. 8-10 показаны графики изменения температуры для регистраторов 1-5.
Регистраторы 1-3
220,0 "
оо юо.о гга.о зоо.о -юс.о =соо есс с
Time (s)
Рис. 8. График изменения температуры для регистраторов 1-3
Регистратор 4
0.D 100.0 JOOO 300.0 400 0 500.0 &00.0
Time (s)
Рис. 9. График изменения температуры для регистратора 4
Регистратор 5
220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 ü. 120,0 100.0 80.00 60.00 4000 20,00
0,0 100,0 200,0 300.0 400.0 500.0 600,0
Time (s)
Рис. 10. График изменения температуры для регистратора 5
Динамика изменения температуры моделей представлена в табл. 2.
Таблица 2. Изменения температуры модулей
Время, с Температура 0С Материал
1,7 60 Резина
5 80 Резина
8 100 Резина
10,3 140 Резина
12 200 Резина + поролон
50 200 Резина + поролон
100 240 Резина + поролон
120 245 Резина + поролон + ПВХ
На 120 с регистраторы 1, 2, 3 показали наивысшую температуру = 245 0С, на 130 с регистратор 5 показал наивысшую температуру = 200 0С. Регистратор № 5 расположен на модуле из ПВХ, температура плавления которого > 150 0С.
Далее на модуль № 1 (слева направо), материал - ПВХ, наносим инициатор горения -дизельное топливо, поджигаем при помощи открытого пламени. Для измерения опасных факторов пожара на гранях куба установлены регистраторы (рис. 11).
яг
Рис. 11. Горение модуля № 1, смоделированное в программе Руго81ш
При расположении очага пожара на модуле из ПВХ, на 20 с происходит его плавление, задымления нет, соседний куб из поролона нагревается и происходит возгорание через 10 с, на 10 с горение прекращается.
Оценив каждый модуль отдельно, расположив очаг пожара поочередно на каждом модуле, можно сказать, что огонь распространяется по материалам равномерно, однако
время возгорания зависит от характеристик материалов. Среднее время, за которое в каждом случае материал достигает температуры воспламенения - 14 с.
Из представленных графиков видно, что в зависимости от расположения очага возгорания параметры опасных факторов пожара меняются. Для того чтобы оценить вероятность переходов от одной части машины к другой, необходимо исследовать все характеристики автомобиля. С помощью предложенной методики предлагается по полученной в результате моделирования информации сделать прогноз о средних значениях параметров возникновения и развития пожара на закрытых автостоянках.
Литература
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон от 22 июля 2008 г. № 123. Доступ из справ.-правового портала «Гарант».
2. СП 113.13330.2016. Стоянки автомобилей. Актуализированная редакция СНиП 21-02-99. М.: Стандартинформ, 2017.
3. Зайцев В.В. Противопожарные расстояния между автотранспортными средствами на открытых пространствах: дис. ... канд. техн. наук. М.: Акад. ГПС МЧС России, 2006.
4. Оценка эффективности принятия решений по повышению пожарной безопасности на открытых автостоянках / Ю.Д. Моторыгин [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. 2017. Т. 26. № 1. С. 25-31.
5. Исследование процессов горения легкового автомобиля с помощью конечных цепей Маркова / Ю.Д. Моторыгин [и др.] // Вестник С.-Петерб. ин-та ГПС МЧС России. 2006. № 4.
6. Моделирование процессов развития горения пожарной нагрузки с помощью конечных цепей Маркова / А.И. Подрезова [и др.] // Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. 2011. Т. 7. № 3. С. 176-179.
7. Моторыгин Ю.Д., Галишев М.А. Стохастические методы принятия решений для уменьшения вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций // Проблемы управления рисками в техносфере. 2013. № 4 (28). С. 59-64.
References
1. Tekhnicheskij reglament o trebovaniyah pozharnoj bezopasnosti: Feder. zakon ot 22 iyulya 2008 g. № 123. Dostup iz sprav.-pravovogo pórtala «Garant».
2. SP 113.13330.2016. Stoyanki avtomobilej. Aktualizirovannaya redakciya SNiP 21-02-99. M.: Standartinform, 2017.
3. Zajcev V.V. Protivopozharnye rasstoyaniya mezhdu avtotransportnymi sredstvami na otkrytyh prostranstvah: dis. ... kand. tekhn. nauk. M.: Akad. GPS MCHS Rossii, 2006.
4. Ocenka effektivnosti prinyatiya reshenij po povysheniyu pozharnoj bezopasnosti na otkrytyh avtostoyankah / Yu.D. Motorygin [i dr.] // Pozharovzryvobezopasnost'. 2017. T. 26. № 1. S. 25-31.
5. Issledovanie processov goreniya legkovogo avtomobilya s pomoshch'yu konechnyh cepej Markova / Yu.D. Motorygin [i dr.] // Vestnik S.-Peterb. in-ta GPS MCHS Rossii. 2006. № 4.
6. Modelirovanie processov razvitiya goreniya pozharnoj nagruzki s pomoshch'yu konechnyh cepej Markova / A.I. Podrezova [i dr.] // Vestnik Voronezhskogo gos. tekhn. un-ta. 2011. T. 7. № 3. S. 176-179.
7. Motorygin Yu.D., Galishev M.A. Stohasticheskie metody prinyatiya reshenij dlya umen'sheniya veroyatnosti vozniknoveniya chrezvychajnyh situacij // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2013. № 4 (28). S. 59-64.
