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 G_ji - 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;

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

Направление (знак) расхода определяется знаком разности давлений Δ P_ji.

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;

Δ р - 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 V_j - 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 C_v, С_р - удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг∙ К);

T_i, T_j - температуры газов в i- м и j-м помещениях, К;

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

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

Для помещения очага пожара величина Q_Г определяется по формуле:

Q_Г = (η ∙ Q_н∙ I)ψ,

где η - коэффициент полноты горения;

Q_н - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

I = с_р∙ Т - энтальпия газифицированной горючей нагрузки, кДж/кг;

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

Т - температура продуктов пиролиза, К.

Для остальных помещений Q_Г = 0.

Коэффициент полноты горения η определяется по формуле:

0483S10-03882

(П6.8)

где η ₀ - 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

Х_{ох, 0} - начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

Х_{ох, m} - текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;

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

Уравнение Менделеева-Клайперона выражается формулой:

(П6.11)

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

T_j - 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 Х_{L, i} X_{L, j} - концентрация L-го компонента продуктов горения в i-м и j-м помещениях, кг/кг;

L_L - 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 μ _i, μ _j - оптическая плотность дыма в i-м и j-м помещениях, Нп∙ м^-1;

D_m - 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 ρ _k = 1/2∙ [ρ _i + sign(Δ P_ij)∙ ρ _i + ρ _j - sign(Δ P_ij)∙ ρ _j].

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 (m_гс + m_вс)∙ n_эт нелинейных уравнений вида (П6.12) и n_у∙ n_эт линейных уравнений вида (П6.13). Здесь m_гс и m_вс - соответственно число горизонтальных и вертикальных связей на этаже; n_у - число узлов; n_эт - 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 Q_j - сумма источников (стоков) тепла в объеме j-гo помещения и тепла, уходящего в ограждающие конструкции;

- приведенный коэффициент теплоотдачи;

Т₀ - начальная температура в помещении;

F_jcт - 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;

Q_H - низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;

С_р - 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;

l_пр - предельная дальность видимости в дыму, м;

D_m - 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∙ м³ (Х_СO2 =0, 11 кг/м³; Х_CO = 1, 16∙ 10^-3 кг/м³; X_HCl = 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.

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 h_пл - 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 = ψ _уд∙ F n = 1,

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

для случая горения жидкости с неустановившейся скоростью:

0483S10-03882

для кругового распространения пожара:

А = 1, 05∙ ψ _уд∙ V² 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 = ψ _уд∙ V 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 l_пр = 20 м.»;

(Новая редакция. Изм. от 12.12.2011 г.)

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A. обеспечение выполнения расписания движения, корректировка движения в случае необходимости, оказание техпомощи ПС на линии, принятие мер в случае ДТП и др.
2. A. эксплуатируемые вручную или с применением ручного труда; без применения ручного труда (механические, автоматические и др.).
3. B. Специфика восприятия выразительных средств театра
4. Extended Primitives-расширенные примитивы
5. I ) При нейтральной оси в полке.
6. I. Заполнение фрагмента «Талон приема»
7. I. Общие сведения о воспитательном мероприятии
8. I. Прием и отправление поездов
9. I. Принятие нормативных актов органами государства.
10. I. ЭКГ при нарушениях ритма сердца (аритмиях)
11. I. Этические принципы психолога
12. II. Выберите, при каком условии верно данное утверждение.