Моделирование и анализ развития пожара в здании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра физики и теплообмена

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Тема: Моделирование и анализ развития пожара в здании

Выполнил:

Курсант уч. гр.

рядовой внутренней службы

Проверил:

старший преподаватель кафедры

физики и теплообмена, к.п.н.,

Екатеринбург

Задание

на выполнение курсовой работы

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Курсант

Вариант № 21 Курс Группа

Наименование объекта: выставочный зал, мастерская

Исходные данные

Исходные данные для проведения экспериментов
	эксперименты
	1	2	3
Давление, Па	101300
Температура внутри помещения, 0С	23
Температура снаружи помещения, 0С	23	- 15	5
Состояние окон и дверей	окна и двери открытые	окна и двери закрытые	окна закрытые, двери открытые
Температура вскрытия остекления, 0С	300
Здание
	Помещения	Окна	Двери
	I	II	III	IV	Нижний срез	Верхний срез	Суммарная ширина	Нижний срез	Верхний срез	Ширина
Длина	7	15	15	15	0,8	2,7	19,5	0	2,5	1
Ширина	12	4,75	2,5	4,75
Высота	6	6	6	6
Горючая нагрузка
Тип горючей нагрузки	Дерево + ткани + краска	Дымообразующая способность, Нп*м2/кг	53
Плотность горючей нагрузки, кг/м2	20	Потребление кислорода, кг/кг	1,218
Линейная скорость распространения пламени, м/с	0,0163	Выделение углекислого газа, кг/кг	1,423
Удельная скорость выгорания, кг/м2 *с	0,0152	Выделение угарного газа, кг/кг	0,023
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	14	Полнота сгораня	0,97

Срок сдачи: «____»__________

Курсант____________________ Руководитель_______________

План - график выполнения курсовой работы

№ п/п	Раздел курсовой работы	Срок выполнения	Дата представления	Оценивание в баллах	Полученные баллы	Подпись преподавателя
				min	max
1.	Титульный лист, оглавление, лист задания, график выполнения курсовой работы			2	4
2.	Глава 1. Исходные данные			6	10
3.	Глава 2. Описание интегральной математической модели пожара			2	4
4.	Глава 3. Определение времени блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара по Методике			7	10
5.	Глава 4. П. 4.1., 4.2., 4.3, 4.4. Расчет динамики ОФП с помощью программы КИС РТП (графическая часть)			7	10
6.	Глава 4.5 Описание обстановки на пожаре в момент времени 11.00 минут			7	10
7.	Глава 5. Время блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара по данным математического моделирования			7	10
8.	Глава 6. Общий вывод по работе, список использованной литературы			7	10
9.	Представление курсовой работы на проверку			0	2
Итого за выполнение курсовой работы	45	70
10.	Защита курсовой работы			10	30
Итого за курсовую работу	55	100

Общая оценка за курсовую работу:

55-70 баллов - «удовлетворительно»;

71-85 баллов - «хорошо»;

86-100 баллов - «отлично».

Оглавление

1. Исходные данные

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещении

3. Расчет динамики ОФП с помощью компьютерной программы INTMODEL

3.1 Результаты компьютерного моделирования

3.2. Изменение среднеобъемных параметров газовой среды во времени

3.3 Описание обстановки на пожаре на 11 минуту развития пожара

4. Время достижения пороговых и критических значений ОФП

4.1 Необходимое время эвакуации из помещения по данным математического моделирования

4.2 Определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара

5. Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на 11 минуте развития пожара

Общий вывод по работе

Литература

1. Исходные данные

Пожар произошел в одном из трех помещений выставочного зала, соединенных общим коридором с выходом на улицу. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. Размеры помещения I:

длина l1 = 7 м.;

ширина l2 = 12 м.;

высота 2h =6 м.

Длина помещений II, III и IV = 15 м., ширина помещения III = 2,5 м.

Ширина помещений II и IV равна соответственно:

Помещения I, II и IV имеют выходы в общий коридор III, отделенные обычными дверьми. Размеры дверного проема : ширина ?в = 1 м., расстояние от пола до верхнего края дверного проема Yв = 2,5 м, расстояние от пола до нижнего края дверного проема Yн = 0 м. Из коридора имеется выход на улицу, дверной проем имеет аналогичные размеры.

В наружных стенах помещения выставочного зала (рис. 1) имеются 13 одинаковых оконных проемов. Размеры оконных проемов : суммарная ширина оконных проемов = 19,5 м., расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Yн = 0,8 м. расстояние от пола до верхнего края проема Yв = 2,7 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300 °С. Полы бетонные, с негорючим покрытием. План объекта приведен на рисунке 1.



Рис. 1. План здания

компьютерный моделирование пожар здание

Горючая нагрузка представляет собой деревянные доски и стеллажи.

Количество горючей нагрузки на 1м2 Р0 = 20кг/м2.

Свойства ГН характеризуются следующими величинами:

теплота сгоранияQрн = 15 МДж/кг;

удельная скорость выгорания = 0,0152 кг/(м2•с);

скорость распространения пламени по поверхности ГМхлин = 0,0163 м/с;

дымообразующая способность D = 53 Нп•м2/кг;

потребление кислорода Lo2= 1,218кг/кг;

выделение диоксида углерода Lсo2 = 1,423кг/кг;

выделение оксида углеродаLсo = 0,023кг/кг;

полнота сгорания з = 0,97.

Естественная вентиляция осуществляется через дверные и оконные проемы. Отопление центральное водяное.

Внешние атмосферные условия:

ветер отсутствует, давление (на уровне Y=h) Ра = 760 мм. рт. ст., т.е. = 101300 Па.

Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром: Т= 230C = 296 К ; Р= 101300 Па; µ= 0; Х= 0,23; Х= 0; Х= 0;

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещении.

Интегральная математическая модель пожара в помещении разработана на основе уравнений пожара, изложенных в работах [1, 2, 5]. Эти уравнения вытекают из основных законов физики: закона сохранения вещества и первого закона термодинамики для открытой системы и включают в себя: уравнение материального баланса газовой среды в помещении :

V(dсm/dф) =GB+ ш - Gr, (1)

где V - объем помещения, м3; сm- среднеобъемная плотность газовой среды кг/м3; ф - время, с; GB и Gr- массовые расходы поступающего в помещение воздуха и уходящих из помещения газов, кг/с; ш - массовая скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с; уравнение баланса кислорода :

Vd(p1)/dф = x1вGB- x1n1Gr- шL1Ю, (2)

где x1 - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; х1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n1 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах х1г от среднеобъёмного значения x1, n1 = х1г/x1; L1 - скорость потребления кислорода при горении, p1 - парциальная плотность кислорода в помещении; уравнение баланса продуктов горения :

Vd(p2)/dф = шL2Ю - x2n2Gr, (3)

где Xi - среднеобъемная концентрация i-гo продукта горения; Li -скорость выделения i-гo продукта горения (СО, СО2); ni- коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-гo продукта в уходящих газах xiг от среднеобъёмного значения xi, ni = xiг/хi; р2 - парциальная плотность продуктов горения в помещении;

уравнение баланса оптического количества дыма в помещении :

Vd ()/d =Dш - n4Gr/ рm- кcSw, (4)

где - среднеобъемная оптическая плотность дыма; D -дымообразующая способность ГМ; n4 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации дыма в уходящих из помещения нагретых газах от среднеобъемной оптической концентрации дыма, n4= мmг /мm;

уравнение баланса энергии U:

dU/dф = Qpнш + iгш + СрвТвGв - СрТmmGr- Qw, (5)

где Pm- среднеобъемное давление в помещении, Па; Срm, Тm - среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении; Qpн -низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; Срв, Тв - изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; iг - энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m - коэффициент, учитывающий отличие температуры Т и изобарной теплоемкости Срг уходящих газов от среднеобъемной температуры Тm и среднеобъемной изобарной теплоемкости Срm,

m = СргТг/СрmТm;

Ю - коэффициент полноты сгорания ГН; Qw - тепловой поток в ограждение, Вт.

Среднеобъемная температура Тm связана со среднеобъёмным давлением Рm и плотностью рm уравнением состояния газовой среды в помещении:

Pm= сmRmTm. (6)

Уравнение материального баланса пожара с учетом работы приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а так же с учетом работы системы объемного тушения пожара инертным газом примет следующий вид:

VdPm/ dф = ш + GB- Gr+ Gпр- Gвыт +Gов, (7)

где Gпp и Gвыт - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг/с; Gов- массовая подача огнетушащего вещества кг/с.

Вышеуказанная система уравнений решается численными методами с помощью компьютерной программы. Примером может служить программа КИС РТП. 3. Определение времени блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара по Методике.

Рассчитаем необходимое время эвакуации людей из помещения I выставочного зала, в котором произошло возгорание. Размеры помещения 7х12х6, пожарной нагрузкой являются деревянные доски и стеллажи. Начальная температура в помещении 23°С.

Исходные данные:

помещение

свободный объем м3;

безразмерный параметр ;

температура t0 = 230С;

горючая нагрузка

вид горючего материала -дерево, ткани и краска- ТГМ, n=3;

теплота сгорания Q = 15;

удельная скорость выгорания = 0,0152;

скорость распространения пламени по поверхности ГМ хлин= 0,0163;

дымообразующая способность D = 53;

потребление кислорода = 1,218;

выделение диоксида углерода = 1,423;

выделение оксида углерода = 0,023;

полнота сгорания ГМ ;

другие параметры

коэффициент отражения б = 0,3;

начальная освещенность Е = 50 Лк;

удельная изобарная теплоемкость Ср = 1,003?10 -3 МДж/кг?К;

предельная дальность видимости =12 м;

предельные значения концентрации токсичных газов:

= 0,11 кг/м3;

= 1,16?10-3 кг/м3;

Расчет вспомогательных параметров

А = 1,05??= 1,05?0,0152? (0,0163)2 = 4,24?10-6 кг/с3

В = 353?Ср?V/(1-) ??Q = 353?1,003?10-3?403,2/(1-0.6)?0,97?15 = 24,53кг

В/А = 24,53/4,24?10-6= 5,78?106c3

Расчет времени наступления ПДЗ ОФП:

1) по повышенной температуре:

2) по потере видимости:

3) по пониженному содержанию кислорода:

4) по углекислому газу СО2

?

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

5) по угарному газу СО



под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

Критическая продолжительность пожара:

кр= min = 123; 191; 127 = 123 с.

Критическая продолжительность пожара обусловлена временем наступления предельно допустимого значения по потере видимости в помещении.

Необходимое время эвакуации людей из складского помещения:

нв =0,8*кр/60 = 0,8*123/60 = 1,64 мин.

Вывод: В данной главе мы определили время блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара, самое min время эвакуации по потере видимости в связи с тем, что происходит большая задымлённость помещений, эвакуация затрудняется. 4. Расчет динамики опасных факторов пожара с помощью компьютерной имитационной системы развития и тушения пожара (КИС РТП)

4.1 Исходные данные для компьютерного моделирования

Учебная компьютерная программа КИС РТП реализует описанную выше интегральную математическую модель пожара и предназначена для расчета динамики развития пожара при горении жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении. Программа позволяет учитывать вскрытие проемов, работу систем механической вентиляции и объемного тушения пожара инертным газом и водой, а также учитывает кислородный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию оксидов углерода СО и СО2, задымленность помещения и дальность видимости в нем.

Исходные данные для проведения компьютерных экспериментов по расчету динамики развития опасных факторов пожара в помещении библиотеки.

Размеры помещения I (согласно варианту задания):

длина = 7 м.;

ширина = 12 м.;

высота = 6 м.

Размеры помещения II, III и IV:

длина помещений II, III и IV = 15 м.;

ширина помещения III = 2,5 м;

ширина помещений II и IV равна соответственно:

.

Характеристика дверных проемов (согласно варианту задания):

ширина = 1 м.;

нижний срез = 0 м.;

верхний срез = 2,5 м.

Характеристика оконных проемов (согласно варианту задания):

количество оконных проемов = 13;

суммарная ширина = 19,5 м.;

нижний срез = 0,8 м.;

верхний срез = 2,7 м;

температура вскрытия остекления = 3000 С.

Другие параметры, необходимые для моделирования:

огнестойкость стен - 1 час;

полы бетонные, с негорючим покрытием;

окна и двери - обычные;

плотность горючей нагрузки на 1 м2: Р0= 20 ;

горючая нагрузка расположена в помещениях I, II и IV, в помещении III (коридор) горючая нагрузка отсутствует;

источник зажигания один и расположен в центре помещения I.

Таблица 1. Компьютерные эксперименты

Температура воздуха (о С) (согласно варианту задания) № эксперимента, состояние окон и дверей (для всех вариантов)	внутри помещения	снаружи помещения
1) окна и двери открытые	23	23
2) окна и двери закрытые	23	-15
3) окна закрытые, двери открытые	23	5

4.2 Результаты компьютерного моделирования

Таблица 2. Динамика развития параметров газовой среды от времени развития пожара в помещении I

Вре мя	Т, єС	м,Нп/м	lвид, м	О2, г/м3	СО, г/м3	СО2, г/м3	Gв, м3/с	Gг, м3/с	S гор, м2
	№ эксперимента
	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
0:00:00	19	19	19	0	0	0	50	50	50	277,5	277,5	277,5	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0	0,7	0,6	0	0	0	0	0	0
0:01:00	601,6	595,7	573,1	1,0	1,2	1,0	2,2	2,09	2,4	265,7	265,5	267,5	0,0	0,0	0,0	26,9	28,2	26,8	13,0	11,2	13,5	14,5	12,6	15,1	24,4	24,4	24,0
0:02:00	776,1	757,7	759,6	4,8	5,3	4,5	0,49	0,44	0,59	213,9	192,5	200,9	0,0	0,0	0,0	31,2	32,3	31,2	12,9	11,0	13,4	14,0	12,4	14,5	51,4	50,4	50,8
0:03:00	823,9	803,3	811,5	7,6	8,4	7,6	0,31	0,28	0,32	153,5	86,4	103,3	0,0	0,0	0,0	32,3	33,2	32,4	12,7	13,5	13,2	14,0	12,4	14,5	71,15	71,11	71,14
0:04:00	821,9	788,5	808,2	7,8	7,8	7,6	0,3	0,29	0,3	106,2	120,0	122,1	0,0	0,0	0,0	32,3	32,6	32,5	12,7	13,0	13,1	14,0	15,1	14,5	71,15	71,15	71,15
0:05:00	821,6	792,3	806,9	7,8	8,0	7,7	0,3	0,29	0,3	76,7	84,4	88,0	0,0	0,0	0,0	13,6	33,1	32,5	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:06:00	821,5	791,4	805,9	7,8	8,1	7,7	0,3	0,29	0,3	60,3	65,1	68,9	0,0	0,0	0,0	32,3	33,2	32,5	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:07:00	821,4	790,2	805,3	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	49,1	52,9	56,0	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:08:00	821,4	788,6	804,8	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	40,7	47,9	46,9	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:09:00	821,4	788,5	804,5	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	34,4	40,2	39,4	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:10:00	821,4	788,3	804,3	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	29,2	34,2	33,6	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:11:00	821,4	787,4	804,2	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	25,1	29,3	28,9	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15
0:12:00	821,4	787,1	803,8	7,8	8,1	7,7	0,3	0,3	0,3	22,4	25,2	25,0	0,0	0,0	0,0	32,3	33,3	32,6	12,7	13,0	13,1	14,0	14,3	14,5	71,15	71,15	71,15

4.3 Изменение параметров газовой среды во времени на уровне рабочей зоны (1,7 м)

Рис. 2. Изменение температуры газовой среды во времени

Описание графика: Рост температуры в первые 50 секунд пожара определяется горением в режиме ПРН (горение в условиях достаточного количества кислорода в помещении). Форма зависимости среднеобъемной температуры во времени на этом этапе развития пожара имеет вид параболы (квадратическая зависимость), что указывает на быстрое увеличение тепловой мощности очага горения из-за роста его площади, в соответствии с круговым типом распространения пламени S = ?R2.

Наличие пиков на графике в районе 50 секунд от начала горения в экспериментах 2 и 3 связано с превышением критической температуры 800 єС, что привело к разрушению закрытых оконных проемов, временному охлаждению газовой среды помещения и одновременно увеличению притока кислорода.

С 0,5 по 3 минуты пожар переходит из режима ПРН в режим ПРВ, параболический рост температуры замедляется.

С 3 по 17 минуту среднеобъемная температура газовой среды стабилизировалась, горение перешло в квазистационарный режим. На графиках видно, что наибольшая температура газовой среды была получена в эксперименте с полностью открытыми проемами (эксперимент 1), наименьшая - в эксперименте с закрытыми дверьми и окнами (эксперимент 2).

После 17 минуты среднеобъемная температура газовой среды постоянно снижается, начинается третий этап - затухание. График на этом участке так же имеет вид параболы, происходит уменьшение площади горения (горючая нагрузка заканчивается, площадь горения при этом уменьшается тоже по круговому типу). Можно заключить, что пожар снова переходит в режим ПРН из-за увеличения содержания кислорода в помещении и уменьшения площади горения.

Выводы по графику: На графике температуры можно условно выделить 3 стадии развития пожара. Первая стадия - нарастание температуры (приблизительно до 3 минуты), вторая - квазистационарная стадия (с 3 по 17 минуту) со стабилизацией температуры газовой среды, и третья - стадия затухания (с 17 минуты до полного выгорания горючей нагрузки).

Нагрев газовой среды в данных условиях приведет к разрушению оконных проемов, вероятно также повреждение и железобетонных конструкций из-за высокой температуры.

Описание графика: Первые несколько минут развития пожара дым выделяется в незначительных количествах. В эксперименте с полностью открытыми проемами дым накапливается в помещении медленнее, чем в экспериментах 2 и 3. Больше всего дыма накапливается в помещении, если закрыты все проемы (эксперимент 2). ПДЗ по среднеобъемному значению плотности дыма превышено в экспериментах 2 и 3 примерно на 2-й минуте от начала возгорания.



Время, с

Рис. 3. Изменение оптической плотности дыма во времени

Выводы по графику: Данный пожар сопровождается значительным дымовыделением. Наличие открытых проемов позволяет отсрочить момент превышения ПДЗ по дыму лишь на 1 минуту. Опасность по снижению видимости наступит примерно после 2 минут с начала возгорания.

Рис. 4. Изменение дальности видимости в помещении во времени

Описание графика: Дальность видимости быстро уменьшается уже после первых 1 минут горения. Наличие пиков на графиках соответствует моментам вскрытия оконных проемов в экспериментах 2 и 3. Предельно допустимое значения дальности видимости (15 м) достигается после 2,5 минут развития пожара. Наличие открытых проемов в данном случае практически не влияет на время превышения ПДЗ.

Выводы по графику: Дальность видимости связана с оптической плотностью дыма соотношением . То есть, дальность видимости обратно пропорциональна оптической плотности дыма, поэтому при увеличении задымления, дальность видимости уменьшается и наоборот

Время, с

Рис. 5. Изменение парциальной плотности кислорода во времени

Описание графика:В первые 2 минуты развития пожара (начальная стадия) среднеобъемная концентрация кислорода почти не изменяется, т.е. потребление кислорода пламенем низкое, что может быть объяснено малыми размерами очага горения в это время. По мере увеличения площади горения содержание кислорода в помещении снижается. Примерно с 2 минуты от начала горения содержание кислорода стабилизируется на уровне 0 г/м3 и остается почти неизменным примерно до 17 минуты пожара. Таким образом, с 2 по 17 минуту в помещении реализуется режим ПРВ, т.е. горение в условиях недостатка кислорода. Начиная с 17 минуты содержание кислорода увеличивается, что соответствует стадии затухания, при которой поступающий воздух снова постепенно заполняет помещение.

Выводы по графику: график концентрации кислорода, аналогично графику температуры, позволяет выявить моменты смены режимов и стадий горения.

Рис. 6. Изменение парциальной плотности СО во времени

Описание графика:

Горючая нагрузка при горении выделяет относительно малое количество угарного газа. Однако на графике можно заметить, что плотность угарного газа растет, устанавливается и уменьшается с течением времени.

Выводы по графику:

Увеличение содержания угарного газа говорит о развитии пожара, увеличении площади горения. Однако далее мы заметим, что площадь пожара перестанет изменяться (займет полностью помещение 1) приблизительно спустя 7 минут. Таким образом, можно предположить, что выделение угарного газа происходит также в результате термического разложения материала, воздействие открытого пламени не обязательно. Данный ОФП опасности при пожаре не представляет.



Рис. 7. Изменение парциальной плотности СО2 во времени

Описание графика:

Горючая нагрузка при горении выделяет относительно малое количество углекислого газа. На 3 минуте происходит вскрытие проемов. Увеличение содержания углекислого газа происходит по мере охвата помещения пламенем. При квазистационарном режиме изменения не происходят. Снижение содержания углекислого газа говорит о начале прекращения горения.

Выводы по графику:

При пожаре с увеличением времени горения так же увеличивается изменение концентрации углекислого газа, принимая свое максимальное значение в последние минуты начальной стадии пожара. Данный ОФП опасности при пожаре не представляет.

Описание графика:С развитием пожара и ростом температуры происходит увеличение притока свежего воздуха в помещения. Так для эксперимента 1 (окна и двери открыты) увеличение притока свежего воздуха происходит сразу же от момента возникновения пожара и до 1 минуты. Далее до 19 минуты приток свежего воздуха практически не изменяется.



Время, с

Рис. 8. Изменение притока свежего воздуха в помещение от времени развития пожара

В эксперименте 2 (все проемы закрыты) газообмен практически отсутствует до 19 минуты, так как все проемы закрыты. После вскрытия оконных проемов происходит резкое увеличение притока воздуха с дальнейшей стабилизацией. Относительно эксперимента 1 приток свежего воздуха более низок, что объяснятся тем, что дверь закрыта, а также разностью температурных условий снаружи помещения.

В эксперименте 3 (двери открыты, окна закрыты) увеличение притока свежего воздуха происходит сразу же от момента возникновения пожара. После вскрытия оконных проемов также происходит резкое увеличение притока воздуха с дальнейшей стабилизацией.

Уменьшение притока воздуха приблизительно на 20 минуте говорит об ослаблении температурного режима пожара.

Наличие пиков на графике в эксперименте 2 и эксперименте 3 связанно со вскрытием оконных проемов, в результате которого происходит удаление «лишних» нагретых газов, а следовательно и их место тут же занимает свежий воздух.

Выводы по графику:Зона горения является мощным побудителем движения воздушных масс в объеме помещения. При увеличении площади пожара мощность тепловой струи увеличивается, горячие газы с холодным воздухом частично растекаются под перекрытием, частично удаляются через проемы, а охлажденный воздух за счет потерь теплоты опускается вниз вдоль стен, попадает в зону химических реакций и, нагретый вновь, поднимается вверх. В помещении здания создается непрерывная циркуляция газовых потоков, температура в объеме помещения постепенно возрастает. В результате перепада температур между окружающим воздухом и горячим газом в объеме помещения возникает газообмен. Часть газов вытесняется за счет термического расширения, а взамен ушедших из помещения газов поступает свежий воздух из атмосферы.

Время, с

Рис. 9. Изменение оттока нагретых газов из помещения от времени развития пожара

Описание графика:

Во всех опытах отток нагретых газов происходит почти сразу же от момента возникновения пожара. Абсолютно герметичных помещений практически не существует, и в результате теплового расширения происходит удаление газов из всех возможных стыков и других проемов.

Однако для эксперимента 2 и эксперимента 3 в связи с меньшей проемностью относительно эксперимента 1 до момента вскрытия проемов отток газов меньше. Резкое увеличение оттока нагретых газов связанно со вскрытием оконных проемов. При установившемся режиме пожара отток нагретых газов практически не изменяется.

Самый слабый отток при установившемся режиме в эксперименте 1, что связанно с температурой снаружи помещения. Так в эксперименте 2 отток сильней из-за относительной большой разности температур. Однако в эксперименте 3 отток нагретых газов все же выше, что объясняется также и наличием открытой двери.

Выводы по графику:

Газообмен на пожаре является сложным процессом. В установившемся (квазистационарном режиме) отток нагретых газов приблизительно равен притоку холодного воздуха. Небольшая разность равна скорости газификации горючей нагрузки.

Вывод по графикам:

Срабатывание установленного ИП-101-1А произойдет приблизительно спустя 2 минуты от момента возникновения пожара, но времени на эвакуацию практически не останется. Дымовые извещателя сработаю приблизительно в такой же срок.

Согласно расчетам по Методике ПДЗ по дальности видимости наступит уже через 1 минуту, следовательно предложенные нам извещатели не подходят. Самым эффективным способом своевременного обнаружения будет установка пожарного извещателя пламени, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага. Цена таких извещателей начинается от 3 тысяч рублей, что в 30 раз дороже ИП-101-1А.

4.4 Изменение площади горения во времени

Рис. 10. Изменение площади горения при пожаре во времени

Описание графика:

Увеличение площади распространения горения связанно с постепенным охватом пламенем ГН в помещении. Параболическое увеличение площади горения примерно до 6 минуты пожара связанно с круговым типом распространения пламени S = пR2. Приблизительно на 2-3 минутах рост площади пожара прекращается, так как пожар охватывает все помещение. На 16 минуте происходит уменьшение площади горения, что связанно с выгоранием горючей нагрузки.

Выводы по графику:

Проемность помещений и температурный режим снаружи не имеет никакого значения в данном случае. Изменение площади пожара в основном определяется скоростью распространения пламени по поверхности ГН.

4.5 Описание обстановки на пожаре в момент времени 11.00 минут

Согласно п.1 ст.76 ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», время прибытия первого подразделения пожарной охраны к месту вызова в городских поселениях и городских округах не должно превышать 10 минут. Таким образом, описание обстановки на пожаре в помещении I проводится на момент времени 11.00 минут от начала пожара для уровня рабочей зоны.

Таблица 3

Значение параметров пожара на 11.00 минут развития пожара в помещении I

	1 эксперимент	2 эксперимент	3 эксперимент
Т, 0С	821,4	787,4	804,2
lвид, м	0,3	0,3	0,3
, Нп/м	7,8	8,1	7,7
, г/м3	25	29,3	28,9
,г/м3	0,0	0,0	0,0
,г/м3	32,3	33,3	32,6
Gв, м3/с	12,7	13,0	13,1
Gг, м3/с	14,0	14,3	14,5
Sгор, м2	71,15	71,15	71,15

Таблица 4

Значение параметров пожара на 11.00 минут развития пожара в коридоре (помещение III)

	1 эксперимент	2 эксперимент	3 эксперимент
Т, 0С	145,3	243,6	150,9
lвид, м	0,7	0,4	0,6
, Нп/м	1,1	3,1	1,2
, г/м3	169,6	110,8	162,6
,г/м3	0,0	0,0	0,0
,г/м3	13,6	24,9	16,5
Gв, м3/с	12,5	5,3	12,1
Gг, м3/с	12,5	5,3	12,1

Оперативная обстановка:

В помещении I и в помещении III превышено ПДЗ по температуре. Также представляет опасность низкое содержание кислорода. Помещение I практически полностью охвачено пламенем. Содержание угарного и углекислого газов не представляют угрозы.

Рекомендации по тушению пожара:

Согласно расчетам на 11 минуте пожара в помещении уже не должны находится гражданские лица, следовательно работы по эвакуации и спасению людей из помещения не требуются.

Так как в коридоре нет горючей нагрузки, то опасности распространения пожара на помещение II и помещение IV отсутствует, следовательно силы и средства по обеспечению тушения пожара должны быть задействованы на помещении I. Ограничений по тушению горючей нагрузки ОВ нет. Выбор ОВ необходимо производить, исходя из возможностей и экономической выгоды.

Также необходимо произвести дымоудаление путем вскрытия и разбора конструкций или с помощью автомобиля дымоудаления, что позволит увеличить дальность видимости, а также уменьшить среднеобъемную температуру в помещениях.

Меры по проведению безопасной эвакуации людей:

При возникновении пожара необходимо произвести первичные меры по тушению имеющимися средствами. Эвакуация людей из помещения I должна быть произведена не позднее чем за 0,85 минуты от момента возникновения пожара. Так как горючая нагрузка обладает высокой дымообразующей способностью, то необходимо обеспечение четкой видимости знаков эвакуационных выходов. Из помещений (I, II и IV) необходимо выйти в коридор (помещение III) и покинуть здание. Эффективность эвакуации будет также зависеть и от своевременности срабатывания средств оповещения о пожаре.

5. Время блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара по данным математического моделирования

Согласно Методике (приказ МЧС № 382 от 30.06.2009 г.), временем блокирования путей эвакуации считают время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них ОФП, имеющих предельно допустимые для людей значения.

Таблица 5. Время достижения ПДЗ ОФП в помещении I

№ п/п	ПДЗ ОФП	Время достижения, с.
		По расчету согласно Методике	По данным математического моделирования
			1 эксперимент	2 эксперимент	3 эксперимент
1	Температура газовой среды T = 70 °C	97	110	94	104
2	Дальность видимости 1кр = 12 м	64	234	152	178
3	Парциальная плотность кислорода = 0,226 кг/м3	90	113	96	106
4	Парциальная плотностьоксида углерода = 1,16·10 -3 кг/м3	не достигается	не достигается	не достигается	не достигается
5	Парциальная плотностьдвуокиси углерода = 0,11 кг/м3	не достигается	не достигается	не достигается	не достигается
7	Критическая температура для остекления T = 300°C	-	253	157	185
8	Пороговая температура для тепловыхизвещателейИП-101-1А Tпopoг = 70 °C	97	110	94	104

Определяем отклонение результатов времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара, полученных с помощью компьютерной программы КИС РТП, от результатов расчетов согласно Методике. Для этого определяем для каждого эксперимента безразмерный параметр по формуле:

, (8)

где и - время наступления ПДЗ i-го ОФП по результатам моделирования и согласно Методике соответственно; n - количество сравниваемых ОФП (достигаемых при пожаре).

;

;

.

Таблица 6.

Сравнение результатов моделирования

ОФП	Время наступления ПДЗ ОФП, с
	По расчету согласно Методике	1 эксперимент	2 эксперимент	3 эксперимент
T, 0С	114,7	21	20	21
lвид, м	65,14	35	34	35
, г/м3	99,7	80	80	82
, г/м3	-	-	-	-
,г/м3	-	-	-	-
	-	100,38	35,57	36,55

Отличия результатов, полученных по Методике и с помощью компьютерного моделирования, обусловлены тем, что в расчетах по Методике не учитывается газообмен в помещении. Особенно эти отличия заметны при расчете времени достижения ПДЗ по дальности видимости, так как расчеты по Методике не учитывают факт дымоудаления из помещения. Расчеты согласно Методике приводят к более меньшему времени достижения ПДЗ ОФП, чем расчеты с помощью компьютерного моделирования. Таким образом, для более точных расчетов времени достижения ПДЗ ОФП необходимо учитывать газообмен в помещении.

Отличия результатов, полученных с помощью компьютерного моделирования, обусловлены различными температурными условиями снаружи здания в экспериментах, а также проемностью помещений I на начальных этапах развития пожара.

Так ПДЗ по дальности видимости достигаются дольше, когда все окна и двери открыты (эксперимент 1). При закрытых дверях и окнах (эксперимент 2) ПДЗ по дальности видимости достигается быстрее.

При открытых окнах и дверях (эксперимент 1) газообмен происходит интенсивней, следовательно и интенсивней поступает свежий воздух в помещение, что приводит к увеличению времени достижения ПДЗ по содержанию кислорода в помещении.

Проемность помещений на времени достижения ПДЗ по температуре в нашем сказывается незначительно, что может быть обусловлено и различными температурными условиями снаружи.

Общий вывод по работе

Краткое описание объекта:

Условия развития пожара в зданиях и сооружениях во многом определяются их огнестойкостью. Под огнестойкостью понимают способность материалов, конструкций и зданий в целом противостоять возгоранию, сохранять прочность, не разрушаться и не деформироваться под действием высоких температур при пожаре.

Степень огнестойкости - классификационная характеристика, которая определяется показателями огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций.

Согласно принятому варианту задания пожар возникает в I помещении здания I-II степени огнестойкости. В таком здании все конструктивные элементы несгораемые (кроме крыш в зданиях с чердаками, которые могут быть сгораемыми) с пределами огнестойкости стен 1 час.

В зданиях всех степеней огнестойкости допускается делать сгораемыми:

· полы (кроме тех помещений, где хранится ЛВЖ и ГЖ);

· оконные переплеты, двери, кроме расположенных в противопожарных стенах);

· облицовку стен, перегородок и потолков;

· обрешетку крыш и стропила в зданиях с чердаками.

По все площади помещений I, II и IV расположена горючая нагрузка - мебель и ткани. Плотность горючей нагрузки составляет 20 кг/м2. В коридоре (помещение III) полы выполнены из негорючего материала, горючая нагрузка отсутствует.

Общая характеристика динамики ОФП при свободном развитии пожара по трем экспериментам:

В результате трех экспериментов нами было установлено, что горение в помещении I первые 6 минут протекает в режиме ПРН (горение в условиях достаточного количества кислорода). С 0,5 по 3 минуту пожар переходит из режима ПРН в режим ПРВ. С 3 по 17 минуту горение переходит в квазистационарный режим. После 17 минуты пожар снова переходит в режим ПРН из-за увеличения содержания кислорода в воздухе и уменьшения площади горения (горючая нагрузка выгорает).

Можно условно выделить 3 стадии развития пожара. Первая стадия - нарастание температуры, увеличение площади горения, рост дымовыделения, что приводит к уменьшению дальности видимости, рост интенсивности газообмена (притока свежего воздуха и оттока образовавшихся газов), уменьшение содержания кислорода происходит приблизительно до 3 минуты. Вторая стадия происходит с 3 по 17 минуту - пожар протекает в установившемся режиме, ОФП достигают максимальных значений и практически не изменяются. Третья стадия с 17 минуты - затухание пожара, в результате выгорания горючей нагрузки, уменьшение ОФП.

ПДЗ по температуре газовой среды в помещении I происходит приблизительно на 2 минуте от момента возникновения пожара. Опасность достижения ПДЗ по дальности видимости наступает приблизительно на 2,5 минуте пожара, как и по содержанию кислорода. Во всех экспериментах ПДЗ по содержанию угарного и углекислого газа не превышено. Начальнаяпроемность помещений в нашем случае практически не влияет на развитие пожара, что связанно с довольно быстрым вскрытием оконных и дверных проемов, однако также оказывают влияние и температурные условия снаружи здания.

В помещении III ПДЗ по температуре наступает примерно на 2-3 минутах, как и по содержанию кислорода. ПДЗ по дальности видимости наступает примерно на 3-4 минутах свободного развития пожара.

Причины расхождения результатов, полученных с помощью КИС РТП и согласно Методике:

Отличия результатов, полученных по Методике и с помощью компьютерного моделирования, обусловлены тем, что в расчетах по Методике не учитывается газообмен в помещении. Расчеты согласно Методике приводят к более меньшему времени достижения ПДЗ ОФП, чем расчеты с помощью компьютерного моделирования.

Отличия результатов, полученных с помощью компьютерного моделирования, обусловлены различными температурными условиями снаружи здания в экспериментах, а также проемностью помещений на начальных этапах развития пожара.

Анализ срабатывания установленных в помещении пожарных извещателей:

Срабатывание установленного ИП-101-1А произойдет приблизительно спустя 2 минуты от момента возникновения пожара, но времени на эвакуацию практически не останется. Дымовыеизвещателя сработают приблизительно в такое же время.

Согласно расчетам по Методике ПДЗ по дальности видимости наступит уже через 1 минуту, следовательно предложенные нам извещатели не подходят. Самым эффективным способом своевременного обнаружения будет установка пожарного извещателя пламени, реагирующего на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага.

Рассмотрим пожарный извещатель пламени Пульсар 1-011 Н. Контролируемая зона данного извещателя составляет 880 м2, что более чем достаточно. Извещатель монтируется в любом удобном для обслуживания месте, чувствительные элемент расположен на кабеле длинной 20 метров. Зона контроля в виде конуса с углом при вершине 120o. Таким образом, возможно установить такой извещатель в одном из углов помещения I. Работает по двухпроводной линии совместно с приемно-контрольными приборами типа ППС-3, ППК-2, Сигнал-ВК, Сигнал-4, Сигнал-20, Радуга-2 и аналогичными. Извещатель является восстанавливаемым обслуживаемым устройством. При обнаружении возгорания выдает сигнал “Тревога” в шлейф системы сигнализации и на световой индикатор, расположенный в корпусе извещателя. Согласно техническим характеристикам время срабатывания такого извещателя составляет приблизительно 4-9 секунд. Срок службы рассчитан примерно на 10 лет.

Цена такого извещателя составляет около 3 тысяч рублей, однако его покупка позволит уменьшить ущерб от пожара, так как эвакуация людей и начало тушения произойдут раньше.

Предложения по защите людей и имущества от воздействия ОФП пожара:

При свободном развитии пожара его продолжительность составит более 20 минут. Температура пожара при установившему режиме достигнет порядка 700 оС. Известно, что уже при 500 оС происходят негативные необратимые изменения железобетонных конструкций, приводящих к их разрушению, нарушению устойчивости и так далее. Таким образом, можно сделать вывод, что при свободном развитии пожара целостность конструкции здания будет нарушена.

Первоочередной задачей данной курсовой работы является разработка систем, способных обеспечить безопасную эвакуацию, то есть люди должны покинуть здание за время, при котором не будет превышено одно ид ПДЗ ОФП.

В нашем случае будет целесообразнее рассматривать помещение I и помещение III по отдельности.

К основным мерам, направленным на замедление нарастания ОФП в помещении I можно отнести следующие:

· Установка пожарных извещателей, позволяющих максимально быстро определить наличие горения и включить системы противопожарной защиты;

· Установка отточной вентиляции, целью которой является увеличение оттока нагретых токсичных продуктов горения и дыма из помещения;

· Установка приточной вентиляции позволит повысить содержание кислорода в помещении и понизить среднеобъемную температуру за счет поступления свежего холодного воздуха;

· Применение установок пожаротушения позволит снизить распространение пламени по поверхности горючей нагрузки;

· Разделение горючей нагрузки путем ее расположения ее частей на определенном расстоянии от других позволит уменьшить площадь горения;

· Установка перегородок позволит уменьшить пути распространения пламени и площадь пожара.

Установка пожарного извещателяявляется первоочередной мерой противопожарной защити, так как от времени оповещения о пожаре зависит безопасность эвакуации людей и эффективность тушения. Герметичность помещения позволит уменьшить время нарастания ОФП, следовательно уменьшить время срабатывания извещателя. Однако данный способ применим для тепловых и дымовых извещателей. Для выбранного нами извещателя герметизация помещения роли не сыграет. Однако ОФП будут нарастать быстрее, следовательно герметизация только усугубит ситуацию для спасающихся.

Необходимо понимать, что установка любой вентиляции оказывает влияние на газообмен в помещении. При включенной вентиляции газообмен усиливается, следовательно она применима только для тех случаев, когда пожар протекает в режиме ПРН. При включении вентиляции при пожаре в условиях недостатка кислорода это только поспособствует развитию его температурных характеристик. Согласно произведенным расчетам, в первую очередь представляет опасность по снижению видимости, следовательно имеет целесообразность применения приточной и вытяжной вентиляции.

Установки пожаротушения позволят снизить скорость нарастания ОФП. Так подача тонкораспыленной воды позволит уменьшит среднеобъемную температуру пожара и его распространение. Производить автоматическое объемное тушение рекомендуется с использованием в качестве ОВ - Novec 1230. Данное ОВ не представляет опасности для человека и окружающей среды, так как рабочая концентрация составляет лишь треть его безопасной концентрации. Все имеющееся электрооборудование в помещении и другие материальные ценности тушатся без ущерба, в отличие от установок водяного, пенного и порошкового пожаротушения. УГПТ с применением данного ОВ требуют минимум места для хранения, Novec 1230 без проблем перевозится в виде жидкости, заправка баллонов возможна на месте.

При пожаротушении с использованием инертных газов необходимо:

· обеспечить максимальную герметичность помещения путем замены дверей и окон, что предотвратит улетучивание ОВ, следовательно позволит повысить его концентрацию, также уменьшит поступление свежего воздуха, необходимого для процесса горения;

· максимально уменьшить свободный объем помещения, например, путем уменьшения высоты потолков, или разбивкой помещения на несколько с помощью противопожарных перегородок и стен, что также позволит повысить концентрацию ОВ и «урезать» пути распространения пламени;

· применение необходимого расхода и запаса ОВ;

· своевременное обнаружение возгорания;

· автоматическое отключение вентиляции.

Выбор средств тушения будет зависеть от экономической его целесообразности и требуемой эффективности. Объемное тушение инертным газом Novec 1230 будет целесообразно только в том случае, если в помещении находятся предметы, представляющие большую историческую, государственную, культурную, информационную или материальную ценность. Также необходимая для эффективности объемного пожаротушения инертными газами герметичность помещения может усугубить ситуацию для эвакуирующихся. Определение наиболее эффективного ОВ, его расхода и запаса возможно с помощью компьютерного моделирования.

Одним из самых эффективных и экономически целесообразных способов уменьшения скорости нарастания ОФП будет разделение горючей нагрузки путем создания между ней негорючих полос. Данный способ позволит уменьшить площадь горения, следовательно ОФП будут нарастать значительно медленнее. В данной курсовой работе горючая нагрузка расположена равномерно по всей площади помещения, однако в реалиях такого нет. Между горючей нагрузкой всегда существует определенное расстояние в основном она расположена на негорючих стеллажах.

Установка перегородок крайне невыгодна для нашего случая, так как это будет мешать работе нашего пожарного извещателя. Будут созданы дополнительные препятствия для эвакуации людей. Также данное мероприятие довольно дорогостоящее.

Для помещений, аналогичных помещению III, основными способами противопожарной защиты являются установка приточной вентиляции и установки противопожарных дверей или дверей с доводчиками.

Установка приточной вентиляции создает воздушный подпор, следовательно это не дает выйти из горящего помещения нагретым продуктам горения и дыму. Также наличие приточной вентиляции позволяет увеличить содержание кислорода в помещении.

Установка противопожарных герметичных дверей иди дверей с доводчиками позволяет уменьшить скорость нарастания ОФП в помещении III. Так из горящего помещения также не будет поступать дым и горючие продукты горения. Герметичная противопожарная дверь препятствует прогреву помещения III путем теплопроводности. Также данное мероприятие позволит увеличить эффективность работы приточной вентиляции.

Оперативная обстановка на момент прибытия пожарных подразделений (11 минута):

В случае, если не будет принято первичных мер по тушению пожара, то на 11 минуте в помещении I и в помещении III будет превышено ПДЗ по температуре. Также представляет опасность низкое содержание кислорода. Помещение I практически полностью охвачено пламенем. Содержание угарного и углекислого газов не представляют угрозы.

Так как в коридоре нет горючей нагрузки, то опасности распространения пожара на помещение II и помещение IV отсутствует.

Следовательно силы и средства по обеспечению тушения пожара должны быть задействованы на помещении I. Ограничений по тушению горючей нагрузки ОВ нет. Выбор ОВ необходимо производить, исходя из возможностей и экономической выгоды.

Также необходимо произвести дымоудаление путем вскрытия и разбора конструкций или с помощью автомобиля дымоудаления, что позволит увеличить дальность видимости, а также уменьшить среднеобъемную температуру в помещениях.

Вывод о целесообразности и перспективах использования компьютерных программ для расчета динамики ОФП при пожаре:

Совершенствование систем противопожарной защиты невозможно без внедрения современных компьютерных имитационных систем, отражающих динамику развития пожара. Применение таких систем позволяет отразить всю совокупность процессов и явлений горения во всей сложности и взаимосвязях, значительно снизить затраты на натурное моделирование пожаров, сократить сроки принятия эффективных решений в области пожарной безопасности.

Список использованной литературы

1. Терентьев Д.И. Прогнозирование опасных факторов пожара. Курс лекций / Д.И. Терентьев, А.А. Субачева, Н.А. Третьякова, Н.М. Барбин // ФГБОУ ВПО «УрИ ГПС МЧС России. - Екатеринбург, 2012. - 182 с.

2. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование ОФП в помещении: Учебное пособие / Ю.А. Кошмаров // - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. -118 с.

3. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

4. Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 № 404 (с изменениями от 14 декабря 2010г) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах». - Пожаровзрывобезопасность. - № 8. - 2009. - Стр. 7-12.

5. Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 № 382 (с изменениями от 11 апреля 2011) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности». - Пожарная безопасность № 3. - 2009. - Стр. 7-13.

Размещено на Allbest.ru