Основная часть

1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии.

1. Исходные данные.

Здание одноэтажное. Стены здания кирпичные, толщиной 650 мм, покрытие железобетонное, толщиной 100 мм. Полы асфальтобетонные. Вентиляция механическая приточно-вытяжная. Отопление центральное водяное. При возникновении пожара отключается автоматически. Противодымная защита помещения присутствует. Вентиляция противодымная включается после 10 мин пожара.

Здание имеет следующие размеры:

• длину a = 98 м;

• ширину b = 91 м;

• высоту 2h = 16 м.

В наружных стенах здания по его длине расположены оконные проёмы по 15 с двух сторон. Размерами 4,0х4,0 м. Окна расположены на высоте от пола до нижних краёв проёмов 7,0 м. Следовательно, координаты расположения нижних и верхних краёв оконных проёмов будут y_н=7,0 и y_в=10,0 м соответственно. Суммарная ширина оконных проёмов 120 м.

Оконные проёмы остеклены листовым оконным стеклом. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении – T_ок. = 300 ^°С.

Дверь эвакуационного выхода из помещения во время пожара открыта для эвакуации. Ширина дверей – 1,3 м, высота – 2,1 м, т.е. и м. Суммарная ширина дверных проёмов м.

Горючий материал – мебель и линолеум. Доля площади, занятая горючим материалом = 23 %.

Площадь пола занятая горючим материалом составляет

м², (1.1)

где - площадь пола помещения, м² .

Общее количество материала пожарной нагрузки помещения , кг (масса материала) при кг/м² находится по формуле

кг, (1.2)

где - масса горючего материала на одном квадратном метре площади пола, занятой горючим материалом (), кг/м².

Твёрдый горючий материал занимает площадку прямоугольной формы. Размеры сторон прямоугольника и определены из выражений

, м; (1.3)

, м. (1.4)

Место возникновения пожара (очага пожара) принимаем в центре площади, занятой горючим материалом.

Внешние атмосферные условия:

- ветер отсутствует;

- температура К, °С;

- давление (на уровне y =h ) мм рт. ст., Па.

Свойства горючей нагрузки помещения:

- низшая теплота сгорания = 14000 кДж/кг;

- линейная скорость распространения пламени по ТГМ = 0,015 м/с;

- удельная скорость выгорания на открытом воздухе = 0,01370 кг/(м² с);

- дымообразующая способность D = 47,7 Нп·м²/кг;

- потребление кислорода (О₂) L₁ = -1,3690 кг/кг;

- выделение газа:

- диоксида углерода (СО₂) кг/кг;

- оксида углерода (СО) кг/кг.

Параметры состояния газовой среды в помещении перед пожаром приняты равными параметрам наружного воздуха.

2. Описание интегральной математической модели.

Основная система дифференциальных уравнений интегральной математической модели пожара в помещении, описывающих процесс изменения состояния среды, заполняющей помещение, имеет вид;

, (1.5)

(1.6)

; (1.7)

; (1.8)

(1.9)

, (1.10)

где - объем первого помещения, м³;

- среднеобъемная плотность газовой среды в первом помещении, кг/м³;

- время, с;

- скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, в первом помещении, кг/с;

- массовый расход поступающего воздуха из окружающей атмосферы в помещение, который имеет место в рассматриваемый момент времени процесса развития пожара, кг/с;

- массовый расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг/с;

и - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг/с;

- массовый расход огнетушащего вещества, кг/с;

- среднеобъемное давление, Н/м²

- отношение изобарной и изохорной теплоемкостей идеального газа (показатель адиабаты);

- коэффициент полноты сгорания ();

- низшая теплота сгорания, Дж/кг;

- энтальпия продуктов газификации горючего материала, Дж/кг;

, ,- изобарные теплоемкости воздуха, газов в помещении и огнетушащего вещества (инертного газа) соответственно, Дж/(кг К);

, , - температура воздуха (), газовой среды в первом и огнетушащего вещества соответственно, К;

- тепловой поток, поглощаемый ограждающими конструкциями, Вт;

- тепловой поток излучаемый через проемы, Вт;

- тепловой поток, поступающий от системы отопления, Вт;

- среднеобъемная парциальная плотность кислорода, кг/м³;

- стехиометрический коэффициент для кислорода (количество кислорода, необходимое для сгорания единицы массы горючего материала), кг/кг;

- парциальная плотность кислорода в поступающем воздухе, кг/м³;

- плотность атмосферы (воздуха) (), кг/м³;

- среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг/м³;

- стехиометрический коэффициент для продукта горения (количество продукта горения, образующегося при сгорании единицы массы горючего материала), кг/кг;

- среднеобъемная оптическая плотность дыма, Нп/м.

- дымообразующая способность Нп-м²/кг;

- коэффициент седиментации (оседание) частиц дыма на поверхностях ограждающих конструкций, Нп/м;

- площадь поверхности ограждений (потолка, пола, стен), м².

Анализ исходных данных показывает, что в уравнениях (1.5) –(1.10) можно положить

=0,=0, =0, =0. (1.11)

С учётом условий (1.11), задачи определения парциальных плотностей токсичных газов: диоксида углерода, оксида углерода уравнения пожара запишутся в следующем виде

, (1.13)

(1.14)

; (1.15)

; (1.16)

; (1.17)

. (1.18)

, (1.19)

Начальные условия для дифференциальных уравнений записываются следующим образом:

при.

(1.20)

где - начальная температура в помещении (по условию), К;

- газовая постоянная воздуха, Дж/(кг К);

- атмосферное давление на уровне половины высоты помещения, Па.

В общем случае система обыкновенных дифференциальных уравнений пожара является жёсткой и решается численными методами с использованием ЭВМ. Для интегрирования системы уравнений пожара с заданными начальными условиями используется процедура Рунге-Кутта.

Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении проводится с использованием программы INTMODEL, разработанной на кафедре «Инженерной теплофизики и гидравлики» Академии ГПС МЧС России. В программе использован метод Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом.