CC BY
10
Влияние перегородок на пожарную
и промышленную безопасность объекта
Скляров К. А., Сушко Е. А.,
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет,
г. Воронеж
В последнее время в офисных и торговых помещениях часто применяют легкие перегородки, предназначенные для создания отдельного рабочего пространства в большом помещении. Использование перегородок существенно изменяет распределение воздуха в помещении. Исследование влияния перегородок на воздушные потоки является актуальной задачей вентиляции.
В данной работе методы численного моделирования процессов газовой динамики использованы для исследования воздушных потоков помещений с перегородками.
Рассмотрим уравнения двухмерной стационарной модели движения воздушных потоков в помещении. Уравнение неразрывности:
(1)
I (рщ)-0 >
где р — плотность воздуха, кг/м ; t - время, с; х — ^ - я пространственная координата, м; щ - I — компонента скорости воздуха, м/с. Уравнение Навье-Стокса, осредненное по Рейнольдсу:
а(рщЩ;) др д( и Гди .
- =---'--Г е1Г--'--
дх дх, дх,. дх,
1 1 \ ч 1 1 JJ
-щ
■*
дх
2 _д_
3 дх,
5м,
^и 1
* дх,у
2 д_
3 дх,
(рк )-§1зР^, (2)
где р — давление, Па; ГЩ* — коэффициент диффузии для переменной и, кг/м-с;
2 2
к — кинетическая энергия турбулентности, м /с ; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Перенос кинетической энергии турбулентности определяется уравнением:
д(ри1к) д
дх;
дх
Г ■* а Ч дх1
+ Ок + ОЬ-ре,
(3)
2 3
где е — скорость диссипации турбулентной энергии, м /с .
Скорость диссипации турбулентной энергии определяется уравнением [2] а(р^е)_ д
, . + к
дх
дх
■*
1 Ч
дх
1 У
+ е( С (Ок + )-С2ре).
(4)
где С, С — константы к -е модели турбулентности.
г , х с
Ок = 2^
Г \2 ^ ди1
чдх1 У
1> 1
Г
дщ ди
дх дх
Ч 1 1 У
~ь 1 др
С = ->
р дх3
где ^ — турбулентная динамическая вязкость, кг/м-с.
(5)
Vt = CL
Pk 2
Leff = Ll
гф _
1 ef = Ф О
(7)
(8) (9)
где C — эмпирический коэффициент; ц — эффективная динамическая вязкость, кг/м-с; ц — ламинарная динамическая вязкость, кг/м-с; оф — число Шмидта.
Граничные условия формулируются исходя из непроницаемости и равенства нулю скорости на строительных конструкциях.
Для численного решения полученной системы уравнений использовалась неявная конечно — разностная схема расщепления по направлениям и физическим процессам с использованием уравнения переноса внутренней энергии в форме уравнения для давления. Это увеличило вычислительную эффективность численной схемы, а также дало возможность использовать консервативные по массе численные схемы.
Алгоритм численного расчета математической модели реализован в виде программы в среде Microsoft Visual C++ с использованием модулей пакета MatLab.
Полученная программа использована для расчета стационарных воздушных потоков помещения, высотой 5,0 м и длиной 20,0 м (рис. 1).
Помещение частично разделено тремя перегородками. Воздух подается равномерно с одной стороны помещения и удаляется с противоположной стороны со скоростью 0,3 м/с. Высота перегородки в первом случае составляла 2,0 м, во втором — 3,0 м и в третьем — 4,0 м. Расстояние между перегородками составляло 5,0 м.
Результаты расчетов представлены на рис. 2.
Рис. 1. План помещения, разделенного перегородками
а)
б)
ь
Рис. 2. Направление воздушных потоков в помещении с перегородками, высотой:
а) 2,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 0,70 м/с;
б) 3,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 1,19 м/с;
в) 4,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 2,49 м/с
Полученные нами результаты показывают, что изменение высоты перегородок с 2 м до 4 м ведет к резкому росту скоростей воздуха с 0,6 м/с до 1,8 м/с. Однако высота перегородок слабо влияет на подвижность воздуха в выгороженном пространстве, которая остается практически постоянной и близкой к 0,1 м/с. Это позволяет сделать вывод о возможности использования в помещениях с перегородками систем вентиляции, спроектированных для обслуживания помещения без перегородок.
Библиографический список
1. Скляров, К. А. Определение зависимости диаметра патрубка и расхода отсасываемого воздуха от конструктивных размеров технологического оборудования / К. А. Скляров, С. О. Потапова, О. Н. Филатова // Научный вестник Воронеж. гос. арх. — строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2010. — № 4. — С. 146—150.
2. Мелькумов, В. Н. Исследование влияния перегородок на вентиляционные потоки в помещении / В. Н. Мелькумов, К. А. Скляров, А. В. Климентов // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. Сер.: Энергетика. — 2006. — Т. 2, № 6. — С. 8—10.
3. Колодяжный, С. А. Зависимость качества воздуха помещений от концентраций взрывоопасных вредных веществ на открытых производственных площадях / С. А. Колодяжный, Н. А. Старцева // Каучук и резина. — 2002. — № 2. — С. 33—36.
4. Сушко, Е. А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е. А. Сушко, К. Н. Сотникова, С. Л. Карпов // Научный вестник Воронеж. гос. арх. — строит. ун-та. Строительство и архитектура. — 2011. — № 2 (22). — С. 143—149.
