Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


III. Интегральная математическая модель расчета газообмена в здании, при пожаре




Для расчета распространения продуктов горения по зданию составляются и решаются уравнения аэрации, тепло и массообмена как для каждого помещения в отдельности, так и для всего здания в целом. Уравнения движения, связывающие значения перепадов давлений на проемах с расходами газов через проемы имеют вид:

0483S10-03882 (П6.3)

где Gji - расход газов через проем между двумя (j-м и i-м) смежными помещениями, кг/с;

ξ - коэффициент расхода проема (ξ = 0,8 для закрытых проемов и ξ = 0,64 для открытых);

F - площадь сечения проема, м2;

ρ - плотность газов, проходящих через проем, кг/м3;

ΔPji - средний перепад полных давлений между j-м и i-м помещением, Па.

Направление (знак) расхода определяется знаком разности давлений ΔPji.

В зависимости от этого плотность ρ принимает различные значения.

Знак расхода газов (входящий в помещение расход считается положительным, выходящий - отрицательным) и значение ρ зависят от знака перепада давлений:

0483S10-03882 (П6.4)

Для прогнозирования параметров продуктов горения (температуры, концентраций токсичных компонентов продуктов горения) в помещениях многоэтажного здания на этажах, расположенных выше этажа, на котором может возникнуть пожар, рассматриваются процессы распространения продуктов горения в вертикальных каналах (лестничные клетки, шахты лифтов, вентканалы и т.п.).

Вертикальную шахту по высоте разделяют на зоны, которые представляют узлы в гидравлической схеме здания. Зона по высоте может охватывать несколько этажей здания. В этом случае расход газа между зонами можно выразить формулой вида:

(П6.5)

где -характеристика гидравлического сопротивления на границе зон;

F - площадь поперечного сечения шахты;

k - коэффициент (допускается принимать равным 0,05 с2/м);

g = 9,81 м/с2 -ускорение свободного падения;

Δр - перепад давлений между узлами.

Здание представляют в виде гидравлической схемы, узлы которой моделируют помещения, а связи - пути движения продуктов горения и воздуха. Каждое помещение здания описывается системой уравнений, состоящей из уравнения баланса массы, уравнения сохранения энергии и уравнения основного газового закона (Менделеева-Клайперона).

Уравнение баланса массы выражается формулой:

0483S10-03882 (П6.6)

где Vj - объем помещения, м3;

t - время, с;

- сумма расходов, входящих в помещение, кг/с;

- сумма расходов, выходящих из помещения, кг/с;

ψ - скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с.

Уравнение сохранения энергии выражается формулой:

0483S10-03882 (П6.7)

где Cv, Ср - удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг∙К);

Ti, Tj - температуры газов в i- м и j-м помещениях, К;

QГ - количество тепла, выделяемого в помещении при горении, кВт;

Qw - тепловой поток, поглощаемый конструкциями и излучаемый через проемы, кВт.

Для помещения очага пожара величина QГ определяется по формуле:

QГ = (ηQнI)ψ,

где η - коэффициент полноты горения;

Qн - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

I = срТ - энтальпия газифицированной горючей нагрузки, кДж/кг;

ср - удельная теплоемкость продуктов пиролиза, кДж/(кг∙К);

Т - температура продуктов пиролиза, К.

Для остальных помещений QГ = 0.

Коэффициент полноты горения η определяется по формуле:

0483S10-03882 (П6.8)

где η0 - коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый формулой:

0483S10-03882 (П6.9)

Коэффициент K рассчитывается по формуле:

0483S10-03882 (П6.10)

где

Хох,0 - начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

Хох,m - текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

Lox - количество кислорода, поглощаемого при сгорании 1 кг горючей нагрузки, кг/кг.

Уравнение Менделеева-Клайперона выражается формулой:

(П6.11)

где Pj - давление газа в j-м помещении, Па;

Tj - температура газа в j-м помещении, К;

R = 8,31 - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К);

М - молярная масса газа, моль.

Параметры газа в помещении определяются из уравнения баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода и уравнения баланса оптической плотности дыма.

Уравнение баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода:

0483S10-03882 (П6.12)

где ХL,i XL,j - концентрация L-го компонента продуктов горения в i-м и j-м помещениях, кг/кг;

LL - количество L-гo компонента продуктов горения (кислорода), выделяющегося (поглощающегося) при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.

Уравнение баланса оптической плотности дыма:

0483S10-03882 (П6.13)

где μi, μj - оптическая плотность дыма в i-м и j-м помещениях, Нп∙м-1;

Dm - дымообразующая способность пожарной нагрузки, Нп∙м2/кг.

Оптическая плотность дыма при обычных условиях связана с расстоянием предельной видимости в дыму формулой:

lпр = 2,38/μ. (П6.14)

Для помещений без источника тепла система уравнений (П6.6), (П6.7) и (П6.8) упрощается и представляется в виде:

0483S10-03882 (П6.15)

где ρk = 1/2∙[ρi + signPij)∙ρi + ρj - signPij)∙ρj].

Первое уравнение связывает перепады давлений на соединяющих помещение проемах с расходом газа через эти проемы. Второе - выражает постоянство объема для данного помещения. Таким образом, для всего здания требуется решать систему, состоящую из (mгс + mвс)∙nэт нелинейных уравнений вида (П6.12) и nуnэт линейных уравнений вида (П6.13). Здесь mгс и mвс - соответственно число горизонтальных и вертикальных связей на этаже; nу - число узлов; nэт - число этажей.

Система уравнений, включающая в себя уравнения (П6.6), (П6.7) для помещения очага пожара и (П6.12), (П6.13) для остальных помещений и уравнение (П6.11), описывающая гидравлическую схему здания, решается численно методом итерации в совокупности с методом секущих.

Основные уравнения для определения температуры газа и концентрации продуктов горения в помещениях здания получены из уравнений сохранения энергии и массы.

Температура газа в помещении, где отсутствует очаг пожара определяется из уравнения теплового баланса, которое можно получить из уравнения сохранения энергии (П6.7). Формула для определения температуры газа в j-м помещении здания в «n»-ый момент времени:

0483S10-03882 0483S10-03882 0483S10-03882 (П6.16)

где Qj - сумма источников (стоков) тепла в объеме j-гo помещения и тепла, уходящего в ограждающие конструкции;

- приведенный коэффициент теплоотдачи;

Т0 - начальная температура в помещении;

Fjcт - площадь поверхности ограждающих конструкций в j-м помещении.

Коэффициент теплоотдачи а может быть рассчитан по эмпирической формуле:

0483S10-03882 (П6.17)

Концентрация отдельных компонентов газовых смесей в помещениях здания вычисляются из уравнения баланса массы данного компонента (П6.12). Концентрация L-гo компонента продуктов горения в j-м помещении в «n»-ый момент времени определяется уравнением:

0483S10-03882 (П6.18)

Оптическая концентрация дыма в помещениях определяется из балансового уравнения (П6.19). Натуральный показатель ослабления среды в j-ом помещении в «n»-ый момент времени определяется уравнением:

0483S10-03882 (П6.19)

Аналитические соотношения для определения критической продолжительности пожара

Для одиночного помещения высотой не более 6 м, удовлетворяющего условиям применения интегральной модели, при отсутствии систем противопожарной защиты, влияющих на развитие пожара, допускается определять критические времена по каждому из опасных факторов пожара с помощью аналитических соотношений:

по повышенной температуре

0483S10-03882 (П6.20)

по потере видимости

0483S10-03882 (П6.21)

по пониженному содержанию кислорода

0483S10-03882 (П6.22)

по каждому из газообразных токсичных продуктов горения

0483S10-03882 (П6.23)

где - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

t0 - начальная температура воздуха в помещении, °С;

n - показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени;

А - размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/сn;

z - безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;

QH - низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;

Ср - удельная изобарная теплоемкость дымовых газов, МДж/(кг∙К) (допускается принимать равной теплоемкости воздуха при 45 °С);

φ - коэффициент теплопотерь (принимается по данным справочной литературы, при отсутствии данных может быть принят равным 0,55);

η - коэффициент полноты горения (определяется по формуле П6.9);

V - свободный объем помещения, м3;

а - коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;

Е - начальная освещенность, лк;

lпр - предельная дальность видимости в дыму, м;

Dm - дымообразующая способность горящего материала, Нп∙м2/кг;

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

X - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг∙м3СO2 =0,11 кг/м3; ХCO = 1,16∙10-3 кг/м3; XHCl = 23∙10-6 кг/м3);

LO2 - удельный расход кислорода, кг/кг.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Параметр z вычисляют по формуле:

0483S10-03882 (П6.24)

где h - высота рабочей зоны, м;

Н - высота помещения, м.

Определяется высота рабочей зоны:

h = hпл + 1,7 - 0,5∙δ, (П6.25)

где hпл - высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;

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

Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди, находящиеся на более высокой отметке. Поэтому, например, при определении необходимого времени эвакуации людей из партера зрительного зала с наклонным полом значение h следует находить, ориентируясь на наиболее высоко расположенные ряды кресел. Параметры А и n вычисляют так:

для случая горения жидкости с установившейся скоростью:

А = ψудF n = 1,

где ψуд - удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м2∙с);

для случая горения жидкости с неустановившейся скоростью:

0483S10-03882

для кругового распространения пожара:

А = 1,05∙ψудV2 n = 3,

где V - линейная скорость распространения пламени, м/с;

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

А = ψудV b n = 2,

где b - перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

При отсутствии специальных требований значения а и Е принимаются равными 0,3 и 50 лк соответственно, а значение lпр = 20 м.»;

(Новая редакция. Изм. от 12.12.2011 г.)





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-05-03; Просмотров: 1119; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2020 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.014 с.) Главная | Обратная связь