Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении

Министерство по делам  гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий  стихийных бедствий

 

Академия  Государственной противопожарной  службы

 

Кафедра инженерной теплофизики 

и гидравлики

 

Курсовой проект по дисциплине:

 «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении»

 

 

Вариант № 54

(З. к. №10101)

 

 

Выполнил: слушатель 4 «Б» курса Кузнецов О. С.

Проверил:  

 

Москва

2012 г.

Содержание 

 

Введение……………………………………………………………………...3

1. Исходные данные………………………………………………………..4
2. Описание интегральной модели развития пожара в помещении…….6
3. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении…………..7
4. Определение критической продолжительности пожара и времени блокирования эвакуационных путей…………………………………...15
5. Прогнозирование обстановки на пожаре к моменту прибытия первых подразделений на тушение………………………………………………16
6. Расчет огнестойкости ограждающих строительных конструкций с учетом параметров реального пожара………………………………….18
7. Исследовательский раздел, результаты расчетов и итоги

исследования…………………………………………………………………20

Литература……………………………………………………………………24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Для разработки экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий необходим научно-обоснованный прогноз динамики опасных факторов пожара. Прогнозирование динамики опасных факторов пожара необходимо:

• при разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре;
• при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения;
• при разработке оперативных планов тушения пожаров;
• при оценке фактических пределов огнестойкости;

и для многих других целей.

Современные научные методы прогнозирования  динамики опасных факторов пожара основываются на математических моделях пожара. Математическая модель пожара описывает  в самом общем виде изменения  параметров состояния среды в  помещении с течением времени, а  также состояние ограждающих  конструкций этого помещения  и различных элементов технологического оборудования.

Математические  модели пожара в помещении состоят  из дифференциальных уравнений, отображающих фундаментальные законы природы: закон  сохранения массы и закон сохранения энергии.

Математические  модели пожара в помещении делятся  на три класса: интегральные, зонные и дифференциальные. В математическом отношении вышеназванные виды моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности. Для проведения расчетов динамики опасных факторов пожара в помещении выбираем интегральную математическую модель развития пожара в помещении.

 

 

1. Исходные данные.

 

Помещение расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. План здания показан на рис.1.

Рисунок 1. План помещения.

«1» – дверные проёмы; «2» – открытый оконный проём; «3» – закрытые оконные проемы; «0» – место загорания.

 

Размеры помещения в плане:

Длина  l₁= 12 м;

Ширина  l₂= 9 м;

Высота  h= 3,6 м.

В наружных стенах складского помещения  имеется 3 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема y_н=0,8 м. Расстояние от пола до верхнего края проема y_в=2,6 м. Ширина каждого оконного проема b = 2,0 м. Суммарная ширина закрытых оконных проемов S_в(закр)= 4 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление в закрытых окнах разрушается при среднеобъёмной температуре газовой среды в помещении, равной 300 ⁰С. Соответственно ширина оконного проёма открытого при пожаре составляет S_в(откр)= 2 м.

Складское помещение имеет два дверных проема, соединяющий его с окружающей средой. Их высота Y_в= 1,9 м, ширина b_дв. =0,8 м. Их суммарная ширина S_в= 1,6 м. Расстояние от пола до нижнего края проема Y_н=0. При пожаре эти проемы открыты.

Геометрические  характеристики объекта указаны  на рис. 1.

Полы  бетонные, с асфальтовым покрытием. Горючий материал представляет собой  бумагу в рулонах. Размер площадки, занятой горючим материалом: длинна – 10 м, ширина – 5 м. Количество горючего материала составляет 1100 кг.

Горение начинается в центре прямоугольной  площадки, которую занимает горючий  материал.

Свойства  горючего материала характеризуется  следующими величинами:

Теплота сгорания…………………………………………… Q_н= 15,1 МДж/кг                                                 

Удельная  скорость выгорания………………………………Y₀= 0,008 кг/(м² ×с)

Скорость  распространения пламени по поверхности  горючего

материала……………………………………………………..V_л= 0,005 м/с

Дымообразующая  способность………………………………D = 41 Нп×м²/кг

Потребление кислорода………………………………………L_O2= -1,158 кг/кг

Выделение диоксида углерода……………………………….L_СО2= 0,6635 кг/кг

Выделение оксида углерода………………………………….L_СО= 0,1077 кг/кг

Внешние атмосферные условия:

ветер отсутствует;

температура наружного воздуха Т_в= 292 К;

давление (на уровне Y=h) Р_а=760 мм.рт.ст.= 101300 Па.

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

 

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

 

Для расчета динамики опасных факторов пожара используем интегральную математическую модель развития пожара в помещении.

Согласно  исходным данным в базовой системе дифференциальных уравнений следует положить, что

G_пр= 0;  G_выт= 0;  G_ов= 0;  Q₀= 0,

где G_пр и G_выт – расходы приточного и вытяжного вентиляторов; G_ов– расход газового огнетушащего вещества; Q₀ – тепловой поток, излучаемый системой отопления.

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

 

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

С учетом сказанного система основных уравнений ИММП имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

где V – объем помещения, м³; G_в и G_г – массовые расходы поступающего воздуха и истекающих газов при естественном газообмене; Ψ – скорость газификации горючей нагрузки; r_m,T_m,P_m – соответственно среднеобъемные плотность, температура и давление; η – полнота сгорания продуктов газификации горючего материала; Q_Н – низшая теплота сгорания горючего материала; C_pa и T_a – изобарная теплоемкость и температура наружного воздуха; Q_w – тепловой поток поглощаемый конструкциями; X_O2 – среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; L_O2 – стехиометрическое соотношение «кислород-горючее»; X_O2В – массовая концентрация кислорода в воздухе; m_m –среднеобъемная оптическая плотность дыма, Нп/м; c=Х_m/L – приведенная среднеобъемная концентрация продукта горения.

Для прогнозирования использована интегральная математическая модель пожара. Для  численного решения системы дифференциальных уравнений использован метод  Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом.

 

3. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении

 

Для прогнозирования динамики опасных  факторов пожара использована интегральная модель пожара, которую реализует  программа INTMODEL, разработанная на кафедре ИТ и Г Академии ГПС МЧС России.  В этой программе для численного решения системы дифференциальных уравнений использован метод Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом.

Результаты  расчета динамики опасных факторов пожара в заданном помещении представлены в таблицах 3.1 – 3.4.

 

 

Таблица 3.1

Время, мин.	Т-pа, 0С	Конц.О2, масс.%	Задымл., Нп/м	Дал. вид, м	Конц.СО, масс.%	Кнц.СО2, масс.%	Конц.ОВ, масс.%
0.0	19	23.000	0.000	15.00	0.000	0.000	77.000
1.0	20	22.990	0.000	15.00	0.001	0.005	76.994
2.0	27	22.914	0.003	15.00	0.007	0.045	76.948
3.0	44	22.709	0.011	15.00	0.025	0.152	76.824
4.0	68	22.344	0.022	15.00	0.056	0.343	76.602
5.0	100	21.795	0.038	15.00	0.102	0.631	76.268
6.0	144	21.030	0.062	15.00	0.168	1.037	75.797
7.0	201	19.971	0.108	15.00	0.262	1.613	75.128
7.7	250	19.002	0.174	13.64	0.351	2.165	74.487
8.0	266	18.864	0.207	11.47	0.368	2.264	74.372
8.6	300	18.396	0.276	8.62	0.416	2.566	74.023
9.0	310	18.497	0.296	8.04	0.411	2.532	74.062
10.0	350	18.007	0.362	6.57	0.462	2.847	73.696
11.0	403	17.065	0.571	4.17	0.570	3.513	72.923
12.0	450	16.091	0.941	2.53	0.700	4.315	71.992
13.0	480	15.354	1.386	1.72	0.818	5.038	71.153
13.7	486	15.138	1.597	1.49	0.861	5.303	70.846
14.0	487	15.107	1.642	1.45	0.868	5.350	70.791
15.0	487	15.080	1.687	1.41	0.876	5.396	70.738
16.0	487	15.079	1.691	1.41	0.876	5.399	70.734
17.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
18.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
19.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
20.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
21.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
22.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
23.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
24.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
25.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
26.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
27.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
28.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
29.0	487	15.078	1.691	1.41	0.876	5.400	70.734
30.0	471	15.306	1.650	1.44	0.849	5.229	70.932
31.0	326	17.967	0.669	3.56	0.497	3.063	73.445
32.0	239	19.562	0.249	9.54	0.313	1.931	74.759
33.0	191	20.375	0.132	15.00	0.231	1.426	75.346
34.0	158	20.884	0.089	15.00	0.184	1.132	75.687
35.0	134	21.249	0.067	15.00	0.151	0.929	75.922
36.0	115	21.528	0.054	15.00	0.126	0.777	76.098
37.0	99	21.750	0.044	15.00	0.107	0.658	76.236
38.0	86	21.931	0.037	15.00	0.091	0.562	76.348
39.0	76	22.080	0.031	15.00	0.078	0.483	76.440
40.0	67	22.204	0.027	15.00	0.068	0.417	76.516
41.0	60	22.309	0.023	15.00	0.059	0.362	76.580
42.0	54	22.399	0.020	15.00	0.051	0.314	76.635
43.0	49	22.477	0.017	15.00	0.044	0.273	76.683
44.0	45	22.545	0.015	15.00	0.039	0.238	76.723
45.0	41	22.602	0.013	15.00	0.034	0.208	76.758
46.0	38	22.652	0.011	15.00	0.030	0.182	76.789
47.0	35	22.695	0.009	15.00	0.026	0.160	76.815
48.0	33	22.732	0.008	15.00	0.023	0.140	76.837
49.0	31	22.764	0.007	15.00	0.020	0.124	76.857
49.2	31	22.769	0.007	15.00	0.020	0.121	76.860

 

Таблица 3.2

Вpемя, мин	Плотн. газа кг/м3	Избыт. давл., Па	Высота ПРД, м	Приток воздуха		Истечение газа		Скорость выгор., г/с
				м3/с	кг/с	м3/с	кг/с
0.0	1.2095	0.00	1.36	0.003	0.004	0.003	0.004	0.0
1.0	1.2054	0.02	1.29	0.331	0.401	0.415	0.500	2.3
2.0	1.1765	0.17	1.27	0.921	1.114	1.217	1.432	9.1
3.0	1.1157	0.49	1.27	1.546	1.870	2.117	2.362	20.5
4.0	1.0370	0.90	1.27	2.084	2.521	2.993	3.104	37.3
5.0	0.9463	1.41	1.25	2.520	3.047	3.941	3.729	61.2
6.0	0.8475	2.00	1.24	2.877	3.480	4.992	4.231	95.5
7.0	0.7452	2.65	1.22	3.148	3.807	6.197	4.618	146.6
7.7	0.6752	3.14	1.20	3.287	3.975	7.129	4.814	197.1
8.0	0.6553	2.44	1.35	5.306	6.417	10.837	7.101	253.2
8.6	0.6162	2.68	1.34	5.384	6.512	11.736	7.232	300.8
9.0	0.6055	2.30	1.41	7.417	8.970	15.701	9.507	359.4
10.0	0.5671	2.55	1.40	7.424	8.979	17.118	9.708	433.4
11.0	0.5227	2.83	1.38	7.465	9.029	18.822	9.837	546.2
12.0	0.4888	3.05	1.37	7.486	9.054	20.246	9.896	670.5
13.0	0.4691	3.18	1.36	7.499	9.070	21.119	9.907	772.5
13.7	0.4653	3.20	1.36	7.513	9.086	21.265	9.898	798.0
14.0	0.4650	3.20	1.36	7.516	9.090	21.279	9.895	802.4
15.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.1
16.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
17.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
18.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
19.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
20.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
21.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
22.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
23.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
24.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
25.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
26.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
27.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
28.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
29.0	0.4648	3.20	1.36	7.516	9.090	21.288	9.895	805.3
30.0	0.4747	2.99	1.39	7.800	9.433	20.277	9.626	727.0
31.0	0.5896	2.19	1.44	7.894	9.547	15.497	9.138	358.1
32.0	0.6899	1.72	1.46	7.506	9.078	12.707	8.767	223.6
33.0	0.7615	1.42	1.48	7.133	8.627	11.007	8.382	161.7
34.0	0.8189	1.20	1.49	6.782	8.203	9.751	7.986	123.1
35.0	0.8680	1.02	1.50	6.437	7.785	8.738	7.585	95.8
36.0	0.9110	0.87	1.50	6.092	7.368	7.885	7.183	75.4
37.0	0.9490	0.74	1.51	5.750	6.954	7.148	6.784	59.8
38.0	0.9827	0.63	1.52	5.412	6.546	6.502	6.389	47.6
39.0	1.0125	0.54	1.52	5.081	6.145	5.928	6.002	38.0
40.0	1.0388	0.46	1.52	4.758	5.754	5.415	5.625	30.3
41.0	1.0621	0.40	1.53	4.437	5.367	4.961	5.269	24.2
42.0	1.0805	0.34	1.53	4.169	5.042	4.579	4.948	19.4
43.0	1.0972	0.30	1.53	3.903	4.721	4.225	4.636	15.5
44.0	1.1119	0.26	1.53	3.650	4.415	3.903	4.340	12.4
45.0	1.1247	0.22	1.53	3.411	4.126	3.609	4.059	9.9
46.0	1.1358	0.19	1.54	3.186	3.853	3.341	3.794	8.0
47.0	1.1455	0.17	1.54	2.974	3.596	3.095	3.545	6.4
48.0	1.1539	0.14	1.54	2.775	3.356	2.869	3.311	5.1
49.0	1.1612	0.12	1.54	2.588	3.130	2.662	3.091	4.1
49.2	1.1624	0.12	1.54	2.558	3.094	2.629	3.056	3.9