Размещено на http://www.allbest.ru/

Академия ГПС МЧС России

ФАКУЛЬТЕТ - І

Курсовая работа

по прогнозированию ОФП

Шифр задания В1 - І Лето

Тема: Расчет ОФП, при пожаре в насосной по перекачке керосина

Программа ИРКР: Определить изменение среднеобъемной температуры и положение ПРД в заданный момент времени развития пожара

ВЫПОЛНИЛ: слушатель

группы 1205 Бженбахов А.М.

МОСКВА 2007 г.

1. Исходные данные

Насосная по перекачке керосина расположена в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. План здания показан на рис. 1.

Размеры насосной по перекачке керосина в плане:

Длинна L₁ = 18 м

Ширина L₂ = 12 м

Высота 2h = 3,6 м

В наружных стенах насосной по перекачке керосина имеется 8 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y_Н = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края оконного проема Y_В = 2,4 м. Ширина каждого оконного проема В = 1,5 м. Суммарная величина оконных проемов е_В = 12 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 350 ⁰ С.

Насосная имеет один дверной проем, соединяющий с наружной средой. Его ширина (суммарная) е_В,М = 3 м . Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y_В = 2,4 м. А Y_Н = 0 м.

При пожаре дверные проемы открыты. Полы бетонные, с асфальтовым покрытием. Горючий материал представляет собой керосин.

Значение коэффициента j_Г = 10 % т.е. для площади занятой ГМ = 10 %

Площадь пола, занятой ГМ,

S_ГМ = j_Г S_ПОЛ / 100 = 21,6 м²

где S_ПОЛ = L₁ L₂ -- площадь пола и равна 18 * 12 = 216 м²

Общая масса горючего материала при Р = 80 кг/м²

Р₀ = М₀ / S_гм = 80 * 21,6 = 1728 кг.

Горение начинается сразу же по всей площади, площадь горения полагаю неизменной и равной площади зеркала жидкости (керосина).

L_{1 ГМ} = 0,1 L₁j_Г = 0,1 * 18 * = 5,7 м

L_{2 ГМ} = 0,1 L₂j_Г = 0,1 * 12 * = 3,8 м

Свойства ГМ характеризуются следующими величинами:

теплота сгорания Q_H = 43,54 МДж/кг

удельная скорость выгорания y_{_----}= 174 кг / (м²* 4)

скорость распространения пламени

по поверхности горючего материала ___

дымообразующая способность D = 249 Нп * м²/кг

потребление кислорода при горении L_О2 = 3,34 кг/кг

выделение оксида углерода при горении L_СО = 0,148 кг/кг

выделение двуокиси углерода L_СО2 = 2,92 кг/кг

время стабилизации 20 минут

Насосная по перекачке керосина не имеет механической системы дымоудаления, также отсутствуют люки для удаления дыма.

Стационарных систем пожаротушения нет.

Внешние атмосферные условия:

ветер отсутствует;

температура наружного воздуха Т_В = 292 К = 19⁰;

наружное давление на уровне, равной половине высоты

помещения Р_А = 760 мм. рт. ст., т.е. Р_А = 760

Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром такие же, как у наружного воздуха.



Рис.1 План здания и разрез насосной по перекачке керосина

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в насосной по перекачке керосина

Согласно исходным данным 1 следует положить, что G_ПР = 0; G_ВЫТ = 0; G_ОВ = 0; Q_О = 0, где G_ПР и G_ВЫТ - расходы приточного и вытяжного вентиляторов; G_ОВ - расход газообразного огнетушащего вещества; Q_О - тепловой поток, излучаемый системой отопления.

Для пожара при заданных условиях можно принять в уравнении энергии, что

V d/dt?( P_m / К - 1) = 0,

т.е. внутренняя энергия среды в помещении при пожаре практически остается неизменной.

С учетом сказанного система основных уравнений ИММП имеет вид:

V = d P_m / d t--=--y???G_B - G_Г ;

h--y?Q_Н + С_РА Т_А G_B - Q_W = 0 ;

P_m V (d X_O2 / d?t)--=-----(h L_O2 + X_O2)?y????X_O2 - X_O2) G_B ;

P_m V (d c / d--t)--=--(1-----c)--y-----cG_B ;

V (d_Mm / d--t)--=--D--y-----M_m?G_Г ( 1 / P_m) ;

P_m= r _m R T_{m .}

где V - объем помещения, м³ ;

P_m ,T_m??r_--m - соответственно среднеобъемные плотность, температура и давление;

M_m - среднеобъемная плотность дыма, Нп / м ;

c--=--X_m / L - приведенная среднеобъемная концентрация продукта горения ;

X_O2 - среднеобъемная концентрация кислорода.

Интегральная математическая модель пожара в помещении разработана на основе уравнений пожара, изложенных в работах [ 1, 2, 5]. Уравнения модифицированы и учитывают работу приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а также работу системы объемного тушения пожара инертным газом.

1. Уравнение баланса массы

Уравнение материального баланса записано в следующем виде:

V d--r_--m--/--d--t--=--y--+ G_B - G_Г + G_ПР - G_ВЫТ + G_ОВ (1)

где V - объем помещения ; ??? время ; ? _m - среднеобъемная плотность газовой среды ; ????скорость газификации горючей нагрузки (ГН); G_B и G_Г - массовые расходы поступающего воздуха и истекающих газов при естественном газообмене; G_ПР и G_ВЫТ - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией; G_ОВ - массовый расход огнетушащего вещества (ОВ). Здесь и далее подразумевается основные единицы системы СИ.

Для учета влияния температурного режима на работу вентиляторов расходы G_ПР и G_ВЫТ представлены в виде:

G_ПР = r_?--W_??--;--2.--G_???=--r_m W_ВЫТ ;

где r_а - плотность наружного воздуха, а W_ПР и W_ВЫТ - объемные производительности приточной и вытяжной подсистем, полагаемые постоянными. Расход подачи ОВ также полагается постоянным в интервале времени от момента включения системы пожаротушения (СПТ) до окончания запаса ОВ и равным 0 вне этого интервала.

где Еm - среднеобъемная степень черноты задымленной среды в помещении, s?- постоянная Стефана, F_C - суммарная площадь проемов.

3. Уравнение баланса массы кислорода

Исходное уравнение баланса массы кислорода имеет вид:

V ((X_O2m P_m) / d--t--)--=-----h--L_?2--y + X_O2a (G_B + G_ПР) - X_O2m (G_Г + G_ВЫТ), (9)

где X_O2m - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении, L_О2 - стехеометрическое соотношение “кислород-горючее”, X_O2a - массовая концентрация кислорода в воздухе.

Раскрывая скобки в левой части уравнения (9) и подставляя в него формулу (1), получаем уравнение баланса массы кислорода в канонической форме:

--r_m--V--(--d--X_O2m--/--d--t--)--=-----(h--L_?2--+--X_O2m--)--y--+--(X_O2a - X_O2m) (G_B + G_ПР) - X_O2m G_OB ; (10)

Начальным условием для этого уравнения является следующее:

X_O2m (0) = X_O2a = 0,23

4 Уравнение баланса продуктов горения

Полагается, что воздух состоит только из кислорода и азота.

Поэтому уравнение баланса каждого из продуктов горения выглядит аналогично уравнению (9), в котором концентрация i - го продукта горения в воздухе принята равной нулю:

V (d (X_im--r_m--/--d--t_--))--=--L_i--y - X_im (G_Г + G_ВЫТ) ; (12)

где X_im - среднеобъемная концентрация i - го продукта горения в помещении, L_i - удельное массовое выделение i -го продукта.

После аналогичных преобразований получаем:

r_m--V--(X_im--r_m--/--d--t_--)--=--(L_i-----X_im)--y--- X_im (G_B + G_ПР + Gов) ; (13)

Поскольку кинетика химических реакций не моделируется, а все L_i полагаются постоянными, то, вводя новую переменную

c--= X_im / L_i ; (14)

и разделив уравнение (13) на L_i , получаем в окончательном виде:

r_m--V--(c_--im--r_m--/--d--t_--)--=--(--1-----c_--im)--y-----c--_im (G_B + G_ПР + Gов) ; (15)

Начальным условием для этого уравнения является выражение:

c _im (0) = 0 (16)

Из формул (15) и (16) следует, что концентрация всех продуктов горения подобны во времени и могут быть одним общим уравнением.

5. Уравнение баланса оптического количества дыма

В соответствии с определениями [2] оптического количества дыма и оптической концентрации дыма (ОКД) имеем:

V (d M_m / d--t_--)--=--D--y-----M_m((G_?--+--G_???--/--r_m) + K_C F_W); (17)

где M_m - среднеобъемное значение ОКД в помещении;

D - дымообразующая способность ГН;

K_C - коэффициент седиментации частиц дыма на

поверхностях конструкций (полагается постоянным).

Этому уравнению соответствует следующее начальное условие:

M_m (0) = 0 ; (18)

6. Уравнение баланса массы горючего материала

Данное уравнение не является значащим с точки зрения расчета динамики пожара и необходимо лишь для точной фиксации момента полного выгорания ГН. Оно имеет вид:

d M / d t--=-----y------------------------(19)

где М - остаточная масса горючего материала. Если его начальная масса равна М₀ , то очевидно М (0) = М₀ ; (20)

а к моменту полного выгорания ГН соответствует нулевое значение М, которое является естественным ограничением продолжительности компьютерного эксперимента.

7. Расчет площади горения

Если горючим веществом является жидкость, то площадь горения налагается неизменной и равной площади ее зеркала. В случае твердого материала задаются его линейные размеры и считается, что горение начинается в центре заданного прямоугольника (что соответствует наиболее динамичному развитию пожара).

Если U_Л - мгновенное значение линейной скорости распространения пламени, то радиус зоны горения определяется уравнением:

d r / d--t--= U_Л ; (21)

причем r (0) = 0 ; (22)

Если же r превышает половину какого-либо линейного размера очага, то из площади круга вычитаются площади соответствующих сегментов, определяемые геометрическими соотношениями. Момент, когда значение r становиться равным полудиагонали очага горения, считается моментом полного охвата пламенем всей горючей нагрузки и далее площадь горения полагается неизменной.

8. Кислородный режим пожара

Принято различать два основных режима пожара в помещении (1):

пожар, регулируемый пожарной нагрузкой (ПРН), когда кислорода в помещении достаточно и скорость выгорания определяется скоростью газификации топлива (аналогично пожару на открытом воздухе);

пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ), когда кислорода в помещении очень мало и скорость выгорания определяется скоростью притока воздуха извне.

Естественно, подобная классификация достаточно условна. Режим пожара в помещении будет аналогичен режиму пожара на открытом воздухе лишь в случае X_O2m = X_O2а , т.е. только в нулевой момент времени. Соответственно для реализации ПРВ требуется X_O2m = 0 , т.е. весь поступающий в помещение кислород полностью расходуется на горение. В реальности кислородный режим пожара в помещении практически всегда является некоторым промежуточным режимом между ПРН и ПРВ.

Кислородный режим пожара будет числено характеризировать величиной безразмерного параметра К, значение которого меняются от нуля до единицы, причем К = 0 соответствует ПРВ, а К = 1 ПРН.

Величина К является функцией концентрации кислорода в помещении:

К = К(X_O2m).

В соответствии с изложенным выше эта функция имеет минимум при X_O2m = 0, равный нулю и максимум при X_O2m = X_O2а, равной единицы. Кроме того, график функции К (X_O2m) должен иметь точку перегиба, причем единственную, которая физически соответствует переходу от преобладания одного режима пожара к преобладанию другого.

Всем перечисленным требованиям отвечает функция вида:

К = А X _O2^В_m Exp (- C X_O2m) ; (23)

где А,В, и С - положительные коэффициенты, определяемые из изложенных выше граничных условий и из экспериментальных данных.

Далее можно записать:

h--y_??--=--h_{_}--y_удо К + ( X_O2а (G_B + G_ПР) / L _О2 F _ГОР) ( 1 - К ) ; (24)

где h_{_}--?--y_удо - полнота сгорания и удельная скорость выгорания на открытом воздухе. Согласно работе [3], величина ?_??может быть найдена по формуле:

h_? = 0,63 + 0,2 X_O2а + 1500 X⁶_O2а ; (25)

а значение y_удо - является свойством, в основном, самой ГН.

Легко заметить, что выражение (24) точно отражает физический смысл двух рассматриваемых режимов пожара (ПРН и ПРВ) и является интерполяционной формулой для промежуточных реальных режимов. Если использовать аналогичную формулу для?h?:

h--=--h_? К + ( X_O2а (G_B + G_ПР) / L _О2 y ) ( 1 - К ) ; (26)

то выражение (25) и (26) образуют систему двух уравнений с двумя неизвестными, из решения которой определяются h--?--y_уд .

Рассмотренный подход позволяет учесть в расчете влияния концентрации кислорода в помещении на процесс горения. Безусловно, этот подход является в достаточной степени приближенным и вынужденным, поскольку более точное моделирование процесса горения, особенно в рамках интегральной модели наталкивается на ряд принципиальных трудностей. Как показали пробные расчеты и их сравнение с данными экспериментов, изложенный метод дает удовлетворительную для инженерной практики точность и может быть использован в случаях, когда более строгий подход не является необходимым.

9. Естественный газообмен

Если--r_m--=--r_? , то G_B и G_Г рассматриваются по формулам :

G_B = Еj Fj 2--r_?--(r_a-----r_m) при r_a-->--r_m (27)

0 ???--r_a--<--???--=--r_m (28)

0 при r_a-->--???--=--r_m ; (29)

Еj Fj 2--r_m--(r_m-----r_a)--???--r_a--<--r_m (30)

где Еj и Fj - коэффициент сопротивления и площадь j- го проема.

Приведенные формулы получены из известных уравнений гидравлики. В работе [1] выведены аналогичные соотношения для случая, когда r_m--=--r_a . Ниже эти соотношения приведены в виде:

G_B = 2g r_a--r_a-----r_m * Еj bj ( Y_* - Y_нj ^3/2 - Y_* - Z_j ^3/2) (31)

G_Г = 2g r_m--r_a-----r_m * Еj bj ( Y_* - Y_Bj ^3/2 - Y_* - Z_j ^3/2) (32)

где g - ускорение свободного падения; bj - ширина j - го проема; Y_нj и Y_bj - высота его нижнего и верхнего срезов. Суммирование производится по всем открытым проемам, а высота нейтральной плоскости Y_* рассчитывается по формуле :

Y_* = h - (r_m-----r_a--/--g--(r_a-----r_m)) ; (33)

где h - половина высоты помещения.

Формальный параметр Z_j - определяется следующим образом:

Y_нj при Y_* < или = Y_нj (34)

Z_j = Y_* при Y_нj < Y_*< Y_bj (35)

Y_bj при Y_* > или = Y_bj (36)

10. Дополнительные соотношения

Так как F_ГОР и y_уд известны, то полная скорость газификации рассчитывается как их произведение. В случае не стационарного горения жидкости полученное значение дополнительно умножается на величину, учитывающую эту не стационарность [5]:

y--=--y_уд F_ГОР ----t--/t_??--при--t--<--t_СТ ; (37)

где??_СТ - время стабилизации горения.

Для расчета среднеобъемной температуры используется уравнение состояния идеального газа:

T_m = P_m / (r_m R_m) ; (38)

где R_m - газовая постоянная дымовых газов.

Степень черноты задымленной среды в помещении рассчитывается по формуле:

Е_m = 1 - Exp ( ---l M_m I ) ; (39)

где I - средняя длина пути луча, определяемая соотношением :

I = 3,6 V / ( F_W + F_C) ; (40)

l???эмпирический коэффициент для расчета оптического диапазона в диапазон инфракрасных волн.

Численная реализация модели.

Для численной реализации использован метод Рунге - Кутта - Фальберга 4 - 5 го порядка точности с переменном шагом. В качестве основы взята приведенная в работе [6] программа решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, доработанная с целью улучшения эксплуатационных характеристик. Для вычисления параметров естественного газообмена использован следующий подход. Так как на каждом шаге решения параметры среды в помещении известны, а в уравнении (4) левая часть принята равной нулю, это уравнение можно записать в общем виде как: F ( G_B , G_Г) = 0 ; (41)

Далее в зависимости от текущего режима газообмена соотношения (27) - (36) неявно определяют еще два уравнения вида:

G_B = F (Pm) ; (42)

G_Г = F (Pm) ; (43)

Три перечисленные уравнения образуют не линейную систему, которая на каждом шаге интегрирования решается численно с применением скоростной комбинации методов линейной и квадратной интерполяции. В результате вычисляются значения избыточного статического давления в помещении и расходы естественного газообмена. Как показала апробация, такой алгоритм является устойчивым и обеспечивает высокую скорость счета.

Аналогичным способом рассчитывается начальный газообмен и тепловая мощность источника Q₀ в уравнении (4) в случае неравенства начальной температуры в помещении температуре окружающего воздуха. При этом дополнительно используется уравнение баланса массы (1) для стационарного режима.

В каждой точке решения прогнозируется величина следующего шага в зависимости от текущих значений производных. Однако при резком изменении любых условий ( вскрытие проемов, включение систем механической вентиляции или пожаротушения и т.д.) шаг пересчитывается в соответствии с новым режимом.

Для оценки погрешности используется разность решения 4-го и 5-го порядков точности и шаг счета в любом случае выбирается таким, чтобы эта погрешность была не выше заданной.

3. Результаты расчетов динамики ОФП

Таблица 1

Зависимость параметров среды и координаты ПРД от времени

Время ?? мин	Темпе-ратура ТМ, 0С	Зады-мление Мm, Нп /М	Конц. СО, ХСО, мас, %	Конц. СО2, ХСО2, мас, %	Плот-ность газа??м кг/м3	Нейт-ральн. плос-кость Y* M	Конц. кисло-рода ХО2 мас, %
1	2	3	4	5	6	7	8
0	19	0	0	0	1,2095	1,20	23,000
0,8*	351	0,247	0,169	3,337	0,5666	0,63	19,379
1	359	0,332	0,189	3,720	0,5591	1,52	19,019
2	440	1,134	0,306	6,031	0,4956	1,51	17,098
3	487	2,157	0,390	7,694	0,4647	1,50	16,042
4	520	3,168	0,456	9,002	0,4457	1,50	15,345
5	544	4,133	0,513	10,113	0,4326	1,49	14,822
6	563	5,052	0,562	11,095	0,4228	1,49	14,405
7	578	5,928	0,607	11,984	0,4152	1,49	14,059
8	591	6,764	0,649	12,802	0,4090	1,49	13,764
9	602	7,563	0,687	13,561	0,4039	1,48	13,508
10	611	8,328	0,723	14,273	0,3996	1,48	13,282
11	619	9,062	0,757	14,944	0,3959	1,48	13,081
12	627	9,767	0,790	15,581	0,3927	1,48	12,900
13	633	10,447	0,820	16,188	0,3898	1,48	12,734
14	639	11,104	0,850	16,769	0,3873	1,47	12,583
15	645	11,738	0,878	17,326	0,3850	1,47	12,443

^* При t?= 0,8 мин разрушается оконное остекление.

Таблица 2

Зависимость площади пожара от времени.

Вре- мя мин.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Sпож м2	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	21,6	2,61	21,6	21,6	21,6

Т.к. горючий материал - керосин (жидкость), то площадь горения полагается неизменной и равна площади ее зеркала.

Таблица 3

Время достижения пороговых значений ОФП

№ п/п	Название и величина порогового значения опасного фактора пожара	Время достижения мин.
1	2	3
1	Критическая температура для остекления t* = 350 0 C	0,8
2	Пороговая температура для тепловых извещателей ИП - 103 - 1 t no рог = 140 0 С	на 1 минуте пожара
3	Максимальная среднеобъемная температура газовой среды Тm = 645 + 273 К	15
4	Предельная парциальная плотность диоксида углерода для безопасной эвакуации ???м Х СО2) пред = ??? СО2) пред = 0,11 кг/м3	за 15 минут пожара предельная парциальная плотность не достигается
5	Предельная парциальная плотность оксида углерода ??м ХСО) пред=?? СО) пред = 1,16 *10-3 кг/м3	на 3 минуте пожара
6	Пороговое значение оптической плотности дыма для извещателей ДИП -3 (ИП 212 - 5) МПОР = 0,11 Нп / м	на 1 минуте пожара
7	Предельная концентрация кислорода ХО2 = 14 %	7
8	Критическая температура для ЭВМ t КР = 160 0 С	на 1 минуте пожара
9	Предельная температура газовой среды t = 70 0 С	на 1 минуте пожара

4. Описание обстановки на пожаре в моменты времени (2 минуты и 12 минут)

1. Описание обстановки на пожаре в момент ????2 мин.

Площадь пожара составляет 21,6 м²

Средняя температура в помещении 440 К

Сильное задымление, дальность видимости в помещении :

L_ВИД = 2,38 / М_М = 2,38 / 0,247 = 9,6 м

Концентрация кислорода : 17,098 %

Концентрация оксида углерода: r _СО= 1,5 * 10^-3 кг/м³ т.е. достигает предельного значения (r _СО) пред = 1,16 * 10^-3 кг/м³

В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток задымленного газа, плотность равных давлений находится на высоте 1,51 м от пола. Остекление к этому моменту времени разрушится.

Схема газообмена показана на рис. 8 .

P.S. Через разрушенное остекление также, имеет место выходящий ( в верхней части = 2/3) поток задымленного газа.

Описание обстановки на пожаре в момент t--=?12 мин.

Площадь пожара составляет 21,6 м²

Средняя температура в помещении 627 К

Сильное задымление, дальность видимости в помещении :

L_ВИД = 2,38 / М_М = 2,38 / 9,767 = 0,0389 м

Концентрация кислорода : 12,9 % , что ниже предельно допустимой концентрации c?= 12,9 % < Х_О2 ^{пред. доп.} = 14 %

Концентрация оксида углерода:--r_--??=--r_m Х_CО =3,1 * 10^-3 кг/м³ , что выше предельно допустимой парциальной плотности для безопасной эвакуации (r _СО) пред = 1,16 * 10^-3 кг/м³

В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток задымленного газа, плотность равных давлений находится на высоте 1,48 м от пола. Остекление к этому моменту времени уже разрушено. Через разрушенное остекление также, имеет место выходящий ( в верхней части = 0,92 м высотой) поток задымленного газа.

5. Исходные условия для ИРКР, результаты расчетов и итоги исследования

ИРКР № 6. Требуется определить критическую продолжительность пожара по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне) по формулам, приведенных на стр. 16-17 ГОСТ 12.1.004 - 91 “Пожарная безопасность. Общие требования”.

Значение коэффициента тепло - потерь принять j--= 0,55

Из ГОСТ 12.1.004 - 91

a--=--0,3 ; Е = 50 лК ; L_ПР (по условию) 18 м d--=?0.

Х_СО2 = 0,11 кг / м³ ; Х_СО = 1,16 * 10^-3 кг / м³ ; L _СО2 = 3,34 кг / м³ .

n = 1; L _СО = 0,148 кг/кг ; L _СО2 = 2,92 кг/кг.

А = y_F F ; Z = h / H Exp (1,4 (h / H)) ; В = 353 С_Р V_CB/(1-?j)--h?Q.

V_CB = 80 % геометрич. V помещения.

V_CB = ((L ₁ L ₂ Н) / 100) * 80 = 622,08 м³ ; D_M = 249 Hn м²/кг.

А = (174 / 3600) * 21,6 = 1,044;

В = (353 * 0,001 * 622,08) / ((1- 0,55) * 0,85 * 43,54) = 13,185635

Z = (1,7 / 3,6) Exp (1,4 * (1,7 / 3,6)) = 0,9146676

B/A = 13,185635 / 1,044 = 12,629919

1.1) t ^T_KP = ^1/n 2,2 мин

1.2) По потери видимости:

t ^ПВ_КР = ^1/n =

= 0,43 мин

1.3) По пониженному содержанию кислорода:

t ^О2_КР = ^1/n = 1,75 мин

1,4) По каждому из газообразных продуктов:

t ^ГП_ПР = ^1/n L_CO = 0,148 кг/кг

По окиси углерода:

t ^СО_КР = 12,629919 Ln [ 1-(0,7216128/1,78495)]^-1 = 6,5 мин

По двуокиси углерода:

L_CO2 = 2,92 кг/кг

t ^СО2_КР = 12,629919 Ln [1-(68,4288 / 35,216581) )]^-1 =12,629919 Ln^-1,06

“-“ указывает на то, что данный ОФП не представляет опасности.

Из полученных в результате расчета значений критической продолжительности пожара выбираем минимальное.

t_КР--=--min--t--^T_КР--;--t--^ПВ_КР--;--t--^О2_КР--;--t--^СО_КР--;--t--^СО2_КР--=--t--^ПВ_КР--=--_,43--мин

Результаты--t_КР--по--ГОСТу--Результаты--на--базе--ИММП

--t--^T_КР--=--2,2--мин-->--t--^T_КР--=--на--1--минуте--(на--_,8--мин-t=--351K)--

--t--^ПВ_КР--=--_,43--мин--------------------------------t--^ПВ_КР--=--на--1--минуте--(на--_,8--мин--L_ВИД<--L_УДОВ)

--t--^О2_КР--=--1,75--мин--------------------------------<--t--^О2_КР--=--7--мин

--t--^СО_КР--=--6,5--м----------------------------------------<--t--^СО_К--= 3 мин

--t--^СО2_КР = не представляет = t?^СО2_К = за 15 минут пожара не достигает

опасности предельной парциальной плотности

Вывод: Вт ГОСТ 12.1.004 - 91 не верно считается то, что в помещении нет притока воздуха, поэтому результаты полеченные при помощи ИММП более точные.

керосин горючесть пожар

2. ИРКР № 2.

Требуется определить изменение среднеобъемной температуры и положения ПРД при включении в заданный момент времени развития пожара механической вытяжки. Дать схему газообмена и описать обстановку в районе дверных проемов.

Производительность вентиляторов (дымососов) дана преподавателем - 7500 м³/час.

Время включения задано преподавателем - 1 минуте.

Результаты расчетов Таблица №4

Время ?? мин	Температура ТМ, 0С	Зады-млен. Мm, Нп /М	Плот-ность газа??м кг/м3	Нейт-ральн. плос-кость Y* M	Приток	воздуха	Исте-чение	газа
					м3/с	кг/с	м3/с	кг/с
0	19	0	1,2095	1,2	0,004	0,005	0,004	0,005
0,8	351	0,247	0,5666	0,63	2,076	2,511	14,200	8,045
1	359	0,330	0,5594	1,52	10,764	13,019	25,297	14,151
1	359	0,332	0,5592	1,55	11,451	13,849	26,066	14,577
2	437	1,069	0,4979	1,53	11,482	13,887	29,681	14,777
3	486	2,021	0,4653	1,52	11,580	14,006	31,621	14,714
4	520	2,982	0,4455	1,52	11,598	14,027	32,968	14,689
5	545	3,912	0,4319	1,51	11,592	14,020	33,979	14,676
6	565	4,804	0,4218	1,51	11,576	14,001	34,777	14,669
7	581	5,658	0,4139	1,50	11,557	13,978	35,431	14,666
8	594	6,475	0,4076	1,50	11,537	13,954	35,928	14,665
9	605	7,258	0,4023	1,50	11,517	13,929	36,453	14,666
10	615	8,009	0,3979	1,50	11,497	13,905	36,864	14,668
11	623	8,731	0,3941	1,49	11,478	13,882	37,228	14,671
12	631	9,430	0,3908	1,49	11,462	13,862	37,546	14,671
13	638	10,099	0,3878	1,49	11,443	13,840	37,838	14,675

Итоги исследования в момент времени 2 мин

- Среднеобъемная температура Тm^СВЫТ = 437⁰ С (Тm^{без ВЫТ} = 437⁰ С)

- Положение плотности равных давлений Y_* = 1,53 м

При включении механической вытяжки изменилось положение ПРД, она теперь расположена выше, также как при отсутствии вытяжки она находилась Y_* = 1,51 м . В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток задымленного газа. Остекление к этому моменту времени разрушится, значит через остекление также имеет место выходящий поток задымленного газа. Одновременно с этим, через дверной проем и разрушенное оконное остекление идет приток воздуха т.к. (Y_Н^ДВЕРН= 0м, Y_Н^ОКН = 1,2 м) часть проемов находится ниже ПРД.

Итоги исследования в момент времени 12 мин

- Среднеобъемная температура Тm^СВЫТ = 631⁰ С (Тm^{без ВЫТ} = 627⁰ С)

- Положение плотности равных давлений Y_* = 1,49 м

При включении механической вытяжки изменилось положение ПРД, она теперь расположена выше, также как при отсутствии вытяжки она находилась Y_* = 1,48 м . В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток задымленного газа. Остекление разрушено. Приток воздуха через дверной проем и разрушенное оконное остекление 11,462 м³/с или 13,862 кг/с.

Истечение газа через дверной проем и большую часть разрушенного остекления 37,546 м³/с или 14,671 кг/с.

Графики зависимости

Рис.2 Зависимость среднеобъемной температуры от времени Т⁰ С

- График зависимости Тm от времени при развитии пожара с механической вытяжкой.

- График зависимости Тm от времени при развитии пожара без механической вытяжки.

Рис.3 Зависимость среднеобъемной оптической плотности дыма от времени

Рис.4 Зависимость среднеобъемной концентрации диоксида углерода от времени.

Рис.5 Зависимость среднеобъемной концентрации оксида углерода от времени.

Рис.6 Зависимость среднеобъемной концентрации кислорода от времени



Рис.7 зависимость координаты плоскости

равных давлений от времени.

- расположение плоскости равных давлений без механической вытяжки.

- расположение плоскости равных давлений с работой механической вытяжки.

Схемы газообмена

Рис.8а Схема газообмена в момент времени равный 2 минутам.



Рис. 8б Схема газообмена в момент времени равным 12 минутам.

Рис. 9а Схема газообмена в момент времени равным 2 минутам при работе механической вытяжки.

Рис. 9б Схема газообмена в момент времени равным 12 минутам при работе механической вытяжки.

3. Математическая модель прогревания ограждающих конструкций помещения при пожаре

Ограждающие конструкции помещения разделяются на стены, перекрытия и пол. Расчет температурных полей в стенах и перекрытиях производится раздельно с использованием нестационарного двухмерного дифференциального уравнения теплопроводности в следующем виде:

r_W--C_W--(d--T_W--/--d--t)--=--(d--/--dx)--l_--W--(d--T_W--/--dx)+--(d--/--dу)--l _W (d T_W / dу) ; (1)

r_С--C_С--(d--T_С--/--d--t)--=--(d--/--dx)--l_--С--(d--T_С--/--dx)+--(d--/--dу)--l_--С--(d--T_С--/--dу)--;--(2)

где T_W и T_С - локальные температуры в стенах и перекрытиях;

--r_W--,C_W--,l_--W-----соответственно--плотность,--удельная--теплоемкость--и--коэффициент--теплопроводности--материала--стен;

r_С--,C_С--,l _С - соответственно плотность, удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности материала перекрытий.

Координаты х направлена по толщине конструкций, координаты у - параллельно поверхности конструкций.

Начальные условия к уравнению (1) и (2) принимаются следующими:

если температура газовой среды внутри помещения равны температуре наружного воздуха, то T_Wо = T_А и T_Со =T_А;

если температуры газовой среды внутри и снаружи помещения не равны, то распределение температуры по толщине конструкций принимается линейным от температуры на внутренней поверхности, равной T_mо, до температуры на наружной поверхности, равной T_А;

где T_Wо ,T_Со ,T_mо- соответственно начальные температуры стен, перекрытия и помещения.

Граничные условия к уравнениям (1) и (2) имеют следующий вид :

внутренняя поверхность конструкций - граничные условия третье рода

для стен [5]

g_W1 = a^*_W--(T_m-----T_W1);--a^*_W--=--15,9--y--_Г^_,222;

для--перекрытия--[5]--g_С1--=--a^*_С--(T_m-----T_С1);

a^*_С--=--17,2--y--_Г^_,222--/1-----_,127--y--_Г⁵--Exp--(---1,6--y--_Г)

где g_W1 , g_С1 - локальные удельные тепловые потоки;

T_W1 , T_С1 - локальные температуры внутренних поверхностей стен и перекрытий;

a^*_W--и--a^*_С-----приведенные--коэффициенты--теплоотдачи--стен--и--перекрытия:--

y--_Г = М_О / F_W

- наружная поверхность конструкций - сложные граничные условия.

для стен -

g_W2 = E_W G (T_W2⁴ - T_a⁴) + a_W--(T_W2---T_a);

для--перекрытий-----g_С2--=--E_С--G--(T_С2⁴-----T_a⁴)--+--a_С (T_С2- T_a);

где g_W2 , g_С2 - локальные удельные тепловые потоки, T_W2 + T_С2 - локальные температуры наружных поверхностей стен и перекрытий;

G = 5,75 * 10^-1 Вт/м²К⁴ - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

a_W--,--a_С--- коэффициенты теплоотдачи при свободной конвекции на наружных поверхностях стен и перекрытиях, определяемые по формулам работы [5], торцевые поверхности считаются теплоизолированными.

Дифференциальные уравнения в частных производных (1) и (2) решаются численным способом. В данной постановке задачи уравнение (2), описывающие прогрев перекрытия, является одномерным и температура Т_С зависит только от координаты х.

Сопряжение задачи расчета теплового состояния ограждающих конструкций помещения с интегральной математической моделью пожара производится через величину теплового потока, отводимого из помещения в ограждающие конструкции. При этом, в место уравнений (5) и (7) в описании интегральной математической модели пожара в помещении, записывается следующее уравнение:

Q_W = 2 (L₁ + L₂) - F_S/ 2h g_W1 d_у + (g_С1 + g_f ) L₁ L₂ (3)

где F_S - суммарная площадь проемов; g_f - средний удельный тепловой поток, отводимый из помещения в пол.

Согласно работе [1] g_f = 0,7 g_С1.

ГОСТ 12.1.004-91 “Пожарная безопасность”

Выдержка (расчет t_НБ) стр. 17-18

... Расчет t_НБ - производится для наиболее опасного варианта развития пожара, характеризуется наибольшим темпам ОФП в рассматриваемом помещении. Сначала рассчитывают значение критической продолжительности пожара (t_КР) по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне)

t^Т_КР = (В/А) Ln 1 + ((70 - t_o)(273 + t_o) * Z) ^1/n;

В = (353 C_P V) / ((1---j)--h--Q--;--(25)

По--потери--видимости

t^П.В._КР--=--(В/А)--Ln--1-----((V--Ln--(1,_5--a--E)--)/--(L_ПР--В--D_m--+--Z)) ^1/n; (26)

По пониженному содержанию кислорода

t^О2_КР = (В/А) Ln 1 - (( 0,44) / ( (B L_O2/ V) + 0,27) * Z) ^{-1 1/n}; (27)

По каждому из газообразных токсичных продуктов горения

t^Т.П_КР = (В/А) Ln 1 - ((VX ) / (BLZ)) ^{-1 1/n}; (28)

B - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг.

t_o - начальная температура воздуха в помещении ⁰С.

n - показатель степени, учитывающий изменения массы выгораемого материала во времени.

А - размерный параметр, учитывающий неравность распределения ОФП по высоте помещения.

Q - низшая теплота сгорания материала М Дж / кг К

j-----коэффициент--теплопотерь.

h--- коэффициент полноты сгорания.

V - свободный объем помещения.

a?- коэффициент отражения предметов на путях эвакуации.

Е - начальная освещенность, Лк.

L_ПР - предельная дальность видимости в дыму, м.

P_m - дымообразующая способность горящего материала Нп м² / кг.

L - удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала кг/кг.

Х - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении.

( Х_СО2 = 0,11 кг/м³; Х_СО = 1,16 * 10^-3 кг/м³; Х_НCL = 23 * 10^-6 кг/м³;)

L_O2 - удельный расход кислорода кг/кг.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности. Параметры Z вычисляется по формуле:

Z = (h/H) Exp (1,4(h/H) ), при Н 6 м (29)

h - высота рабочей зоны.

Н - высота помещения.

Определяется высота рабочей зоны

h = h_ПЛ + 1,7 - 0,5 б (30)

h_ПЛ - высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения.

Б - разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении.

... Параметры А и n вычисляются так:

для случая горения жидкости с установившийся скоростью

А =--y_F--F--;--n--=--1,

y_F--- удельная массовая скорость выгорания жидкости.

для кругового распространения пламени пожара:

А = 1,05--y_F V² ; n = 3,

V - линейная скорость распространения пламени.

для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде треугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени ( направление распространения огня в горизонтальном направлении, по занавесу после охвата его по всей высоте).

А = y_F V в ; n = 2,

в - перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения.

При отсутствии специальных требований значения a--и Е принимаются равными 0,3 и 50 Лк , соответственно, а значение L_ПР - 20 м.

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбирается минимальное

t_КР = min t^T_КР; t^П.В._КР; t^О2_КР; t^T.Г._КР; (31)

Необходимое время эвакуации людей из рассматриваемого помещения рассчитывается по формуле: t_НБ = 0,8 t_КР / 60 (32)

При расположении людей на различных по высоте площадках необходимое время эвакуации следует определять для каждой площадки.

Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом помещения и геометрическим объемом оборудования и предметов находящихся внутри. Если рассчитывать свободный объем невозможно, допускается принимать его равным 80 % геометрического объема помещения.

Список литературы

Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле -М: ВИПТШ МВД СССР, 1987 г.

Кошмаров Ю.А. ,Зотов Ю.С. Лабораторный практикум по курсу “Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях”. -М: ВИПТШ МВД СССР, 1997 г.

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Производственная и пожарная автоматика” Ч - 2. -М: ВИПТШ МВД РФ, 1992 г.

Кошмаров Ю.А. и др. Термодинамика пожаров в помещениях. -М: Стройиздат, 1988 г.

Драйздел Д. Введение в динамику пожаров. пер. с англ. -М: Стойиздат,1990 г.

Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико - химические основы развития и тушения пожара. -М: ВИПТШ МВД СССР, 1980 г.

ГОСТ 12.1.004-91 “Пожарная безопасность”

Повзик Я.С., Холошня Н.С., Артемьев Н.С. Методические указания к выполнению курсовой работы и упражнений по курсу “Пожарная тактика”. -М: ВИПТШ МВД СССР, 1985 г.

Размещено на Allbest.ru