Моделирование процессов тепломассопереноса в газо-воздушной среде тоннеля при горении движущегося состава в метрополитене

где гп1- сопротивление параллельного соединения тоннелей, соединенных

последовательно с аварийным и параллельным ему тоннелями (см. рис. 2б,

2 8

участок 1-2), Нс /м .

Список литературы

1. Беляцкий В.П. Противопожарная защита и тушение пожаров подземных сооружений / В.П. Беляцкий, В.Ф. Бондарев. - М.: ВНИИПО, 1983. - 32 с.

2. Потапов Ю.Б. Разработка математической модели распространения дымовых газов в начальной стадии пожара / Ю.Б. Потапов, К.Н. Сотникова, К.А. Скляров, С.А. Кончаков // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 1 (21). - С. 136-143.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ГАЗО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ТОННЕЛЯ ПРИ ГОРЕНИИ ДВИЖУЩЕГОСЯ СОСТАВА В МЕТРОПОЛИТЕНЕ

Колодяжный С.А., к.т.н., доцент Сотникова К.Н., к.т.н., доцент, Воронежский ГАСУ, г. Воронеж

Статистика пожаров в метрополитенах свидетельствует, что около 75% пожаров возникает в подвижном составе и в половине всех случаев горящий поезд останавливается в тоннеле. Учитывая, что при пожарах в метрополитенах возникает угроза для жизни нескольких тысяч людей, можно считать такие аварии наиболее сложными и опасными по своим последствиям.

Нами исследовались процессы тепломассопереноса в газовой среде перегонного тоннеля при пожаре подвижного состава и его внезапной остановки, когда первоочередной задачей является обеспечение безопасного вывода людей из вагонов на станцию. В этот период тепловые факторы пожара (ТФП): тепловые источники тяги и тепловое сопротивление -создают угрозу опрокидывания вентиляционной струи и появления пожарных газов и дыма на маршрутах эвакуации.

Для достижения цели исследований, на основании дифференциальных уравнений тепломассопереноса в сплошных средах, производилось построение математической модели взаимодействия воздушных и тепловых потоков.

С учетом незначительного изменения газовой постоянной, в пределах температуры при пожаре, уравнение состояния воздуха принято в виде

где Т - средняя в сечении потока температура, К;

р0 - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3;

Т0 - температура воздуха до возникновения пожара, К.

Условие (1) означает термическую деформируемость воздуха. В гидродинамическом смысле, он считается несжимаемой и неразрывной средой, что моделируется уравнением

где щ - скорость в сечении на входе воздушного потока в тоннель. В соответствии с

р=Ър.и = Ьи {Ъ)

Воздушный поток, в математической формулировке, представляется дифференциальным уравнением установившегося движения несжимаемого, термически деформируемого газа вида [1]:

где р - давление в потоке, Па;

л.р - безразмерный коэффициент трения, связанный с коэффициентом

аэродинамического сопротивления атр, кг-с2/м4, используемым в рудничной аэрологии, соотношением

1

п ^Щ> Ро § г

В

g - модуль вектора гравитационных сил, м/с2;

8 = ^2 - условная длина пути движения рециркулирующих потоков в направлении у, м.

В уравнении (4) гравитационные силы представлены двумя составляющими на направления движения вдоль и поперек потока. Первая составляющая обусловлена глобальным различием между плотностью воздуха в тоннеле и окружающем его пространстве, и определяет тепловую депрессию пожара Па, воздействующую на поток в целом. Вторая формируется ввиду локального различия между плотностью воздуха в очаге пожара и на границах тоннеля, она определяет конвективную депрессию Па, вызывающую рециркуляцию потоков в контурах вентиляционной сети. На границах тоннеля принимается

где % - сечения тоннеля.

Путем интегрирования (4) с учетом (5)-(6), находится суммарная депрессия Па, контура ветвей, по которым проходит основной поток

О" г") * -

где Тср = — /*а Т <1х- средняя температура потока, К;

г?! и г?; - аэродинамические сопротивления, кг/м ;

Дг = 0L - высота столба воздуха в тоннеле, м; 0 = ^ - z3) / 1000 - уклон тоннеля, %0;

Rм - местное аэродинамическое сопротивление, создаваемое поездом, кг/м ;

3

Qпг - объемный расход продуктов горения, м /с;

Ь - параметр приведенной характеристики вентилятора вида = - bQ ,

Н с2/м8;

hкр - теплопроводность массива крепи, Вт/

z1 и z3 - высотные отметки начального и конечного сечений тоннеля соответственно, м;

.Ло =_ о - высота столба воздуха рециркулирующих потоков, м.

Тепловая конвективная депрессия основного потока тоннеля, в соответствии с (7), равны

а суммарная депрессия сил инерции вдоль рассматриваемого контура равна нулю.

Величина Тср

характеризует степень изменения аэродинамического сопротивления стенок тоннеля потоку за счет его нагревания.

Выражения для депрессии отдельных ветвей определяются аналогично контурной [2]:

^^гп \ 1 I ТГ

где ^ - коэффициент теплового сопротивления, а все переменные относятся к отдельным потокам 1... 7 и для каждого из них различны. Выражением

К =

Таким образом, относительно неизвестных Q и Т имеется система уравнений (7), (10), с краевыми условиями (1, 2), представляющих собой математическую модель взаимодействия воздушных и тепловых потоков при пожаре в тоннеле метрополитена.

Список литературы

1. Власов, С.Н. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов / С.Н. Власов, Л.В. Маковский,

B.Е. Меркин. - М.: ТИМР, 1997. - 183 с.

2. Беляцкий, В.П. Противопожарная защита и тушение пожаров подземных сооружений / В.П. Беляцкий, В.Ф. Бондарев. - М.: ВНИИПО, 1983. - 32 с.

3. Потапов, Ю.Б. Разработка математической модели распространения дымовых газов в начальной стадии пожара / Ю.Б. Потапов, К.Н. Сотникова, К.А. Скляров, С.А. Кончаков // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 1 (21). - С. 136-143.

4. Сушко, Е.А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова,

C.Л. Карпов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. -2011. - № 2 (22). - С. 143-149.

5. Трусов, С.И. Пожарная безопасность метрополитена / С.И. Трусов, С.А. Колодяжный, В.Я. Манохин // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 4 (24). - С. 203-207.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АВАРИЙНОГО ИСТЕЧЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ СМЕСИ

Колпаков А.В., преподаватель Каменев И.В., начальник цикла ФГБОУ ДПО Подольский учебный центр ФПС, Московская область

В нефтяной промышленности России эксплуатируются более 30 тысяч км промысловых трубопроводов. Нефтепромысловые трубопроводы являются не только источниками загрязнения природной среды, но и потенциальными очагами пожаров, которые могут привести к возникновению крупномасштабных чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Нельзя также забывать, что любые аварии в системах нефтегазосбора приводят к перебоям в поставке энергоресурсов на внутренний и внешний рынки.

В связи с возросшими требованиями к охране окружающей среды расчет величины аварийной утечки нефтепродуктов является обязательным при разработке декларации промышленной безопасности, поскольку требуется точное прогнозирование опасности последствий аварий. При разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов требуется разработка разделов, связанных с