Определение критической плотности дыма в помещении с очагом возгорания

взаимодействие величин, характеризующих то или иное явление, их влияние друг на друга, количественные соотношения с точностью до безразмерного множителя.

Пожар как физический процесс определяется значениями параметров, которые с позиции системы СИ имеют определенные размерности. Поэтому применение теории размерностей к процессу горения для математического моделирования динамики искомых параметров представляется возможным. Согласно физическим аспектам пожара, принципиальных препятствий для применения этого метода нет.

Таким образом, анализ всех достоинств и недостатков методов математического описания пожаров показал, что применение методов теории подобия, а в частности метода размерностей, в отношении пожаров является эффективным.

Список использованной литературы

1. Теория подобия и моделирования // Веников В.А. // Учебное пособие для вузов. 2-е изд., доп. и перераб., 1976. - 479 с.

2. Исследование аэродинамических характеристик и теплообмена летательных аппаратов при неравномерном сверхзвуковом обтекании // Пилюгин Н.Н., Аргучинцева М.А., Журавлева Г.С., Талипов Р.Ф., Хлебников

B.С. // отчет о НИР № 95-01-01611 (Российский фонд фундаментальных исследований).

3. Параметризация турбулентного перемешивания в верхнем слое океана на основе теории подобия//Булгаков К.Ю.//»диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Рос. гос. гидрометеорол. ун-т.

C.-Петербург, 2012.

4. Определение полей температур и концентрация дымовых газов при пожаре с использованием теории подобия // Гулак В.В. // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Воронежский государственный архитектурно-строительный университет. Воронеж, 2011.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ДЫМА В ПОМЕЩЕНИИ С ОЧАГОМ ВОЗГОРАНИЯ

И.И. Переславцева, старший преподаватель

А.В. Бунин, магистрант С.И. Бганцов, магистрант Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, г. Воронеж

При возникновении пожара в одном из помещений здания продукты

горения заполняют непосредственно это помещение и начинают поступать в смежные с ним. При этом движущей силой процесса распространения продуктов горения является расширение газов за счет их нагревания и перепада давлений между помещениями здания. Перемещение токсичных продуктов происходит через открытые проемы, щели и неплотности в закрытых проемах, вдоль вентиляционных каналов и проходов для различного инженерного, санитарно-технического и электрооборудования. Концентрация токсичных компонентов и температура продуктов горения по мере удаления от помещения с очагом возгорания уменьшаются за счет перемешивания с воздухом в смежных помещениях [1, 2].

В здании, насчитывающем десятки взаимодействующих помещений, распространение продуктов горения удобно исследовать с помощью интегрального подхода [3, 4], при котором в каждом помещении параметры изменяются лишь по времени, а по координатам считаются неизменными и равными средним значениям в данный момент времени.

Исследования начальной стадии пожара [5-7], отмечают актуальность этой задачи в связи с проблемой обеспечения безопасной эвакуации людей. В этот период не происходит резкого изменения средней температуры, концентрации кислорода и токсичных газов. Определяющим фактором критического времени эвакуации людей является задымленность помещений, которая резко снижает ориентацию людей в пространстве и оказывает на них значительное психологическое воздействие. Это подтверждают экспериментальные исследования [8, 9], где отмечено, что при задымлении здания в режиме естественной вентиляции ведущим опасным фактором, определяющим допустимое время эвакуации через коридор этажа пожара и лестничную клетку на уровне этого этажа, является уменьшение видимости в дыму. Максимальная температура продуктов горения в лестничной клетке на уровне этажа пожара не превышала предельного для человека значения. Скорость и направление ветра оказывают существенное влияние на задымление здания. При ветре, направленном на окна помещения очага пожара, скорость и степень задымления здания возрастают. Вскрытие остекления в помещении уменьшает задымление здания за счет увеличения газообмена горящего помещения с улицей и более полного выгорания пожарной нагрузки.

Основные уравнения, из которых состоит математическая модель пожара, описывают механизм взаимодействия процессов, присущих пожару: тепловыделение, образование дыма в с изменением оптических свойств газовой среды, снижение концентрации кислорода, выделение и распространение токсичных газов, теплообмен и нагревание ограждающих конструкций, газообмен помещения с очагом возгорания и смежных с ним. В соответствии с принятой интегральной моделью пожара разрешающая система состоит из пяти обыкновенных дифференциальных уравнений и одного конечного равенства [4]. Массовая эвакуация людей при пожаре происходит в его начальной стадии. На рассматриваемой стадии пожара поступление воздуха в помещение с очагом

возгорания незначительно, а давление газов внутри помещения практически постоянно и равно атмосферному. С учетом этих положений, подтверждаемых многочисленными экспериментами, уравнение энергии пожара приводится к алгебраическому виду, и разрешающая система сводится к четырем дифференциальным уравнениям относительно среднеобъемных значений плотности газовой среды, оптической плотности дыма, плотности кислорода и токсичных газов [5]. При этом система дифференциальных уравнений не является связанной, решение каждого уравнения можно искать независимо от остальных.

Если принять, что скорость седиментации частиц дыма на поверхности ограждающих конструкций много меньше скорости удаления дыма из помещения, то дифференциальное уравнение для определения среднеобъемной плотности дыма станет с разделяющимися переменными. Это позволяет получить закон изменения во времени среднеобъемной плотности дыма ¡лср (Нп/м) в аналитической форме [5]

Б

№ср

С

АС_т„

1 - е V

Здесь С = ;

срРоТ0

П - коэффициент полноты сгорания;

QP (Дж/кг) - теплота сгорания;

Ф - коэффициент теплопотерь;

гэ (Дж/кг) - энтальпия продуктов газификации (пиролиз, испарение) горючего материала;

ср (Дж/кг К) - изобарная теплоемкость идеального газа;

р0 (кг/м3), Т0 (К) - плотность и температура среды до начала пожара;

Б (Нп м2/кг) - дымообразующая способность горючего материала;

V (м3) - объем помещения с очагом возгорания;

, Л 2 о

А = —^уду2, п = 3 - при круговом распространении пламени;

А = Ь щудул, п = 2 - при распространении пламени полосой;

щуд (кг/м2 с) - удельная массовая скорость выгорания;

ул (м/с) - линейная скорость распространения пламени;

Ь (м) - ширина полосы распространения пламени.

Равенство (1) определяет динамику задымления через среднеобъемную плотность дыма помещения, не отражая распределение этого параметра по высоте помещения. В дальнейшем для решения задачи безопасной эвакуации людей необходимо получение формулы, определяющей значение плотности дыма на высоте их рабочей зоны.

Список использованной литературы

1. Яременко С.А. Энергетические спектры пульсационной скорости в свободных турбулентных вентиляционных потоках / С.А. Яременко, С.А. Переславцева, Н.А. Руднева, В.А. Малин // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2012. - № 3(8). - С. 32-38.

2. Надежность технических систем и техногенный риск/С.А. Сазонова, С.А. Колодяжный, Е.А. Сушко. Воронеж: ВГАСУ, 2013. - 148 с.

3. Кошмаров Ю.А. Процессы нарастания ОФП в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара / Ю.А. Кошмаров, В.В. Рубцов. - М.: МИПБ МВД России, 1998. - 90 с.

4. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие / Ю.А. Кошмаров. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. - 118 с.

5. Колодяжный С.А. Математическая модель для определения критического времени эвакуации при пожаре / С.А. Колодяжный, В.А. Козлов, И.И. Переславцева // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. -2014. - № 3 (35). - С. 128-138.

6. Ботнарь М.И. Анализ пожарной безопасности объектов строительства в Российской Федерации / М.И. Ботнарь, А.В. Дерепасов, И.И. Переславцева, Д.Г. Титков, С.А. Яременко // Научное обозрение. - 2013. - № 9. - С. 426-430.

7. Колодяжный С.А. Исследование влияния наличия поворотов на пути движения людского потока на общее время эвакуации из здания / С.А. Колодяжный, И.И. Переславцева // Вестник ВИ ГПС МЧС России. - 2014. -№ 3 (12). - С. 51-55.

8. Есин В.М. Исследование процесса распространения продуктов горения по зданию при пожаре. В кн.: Моделирование пожаров и взрывов / Под общ. ред. Н.Н. Брушлинского и А.Я. Корольченко. - М.: Пожнаука, 2000. - С. 127-138.

9. Системы обеспечения микроклимата зданий и сооружений: учебное пособие / М.Н. Жерлыкина, С.А. Яременко. Воронеж: ВГАСУ, 2013. - 160 с.

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ АВТОМАТНЫХ МОДЕЛЕЙ ОПИСАНИЯ ЧС

ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА

Н.В. Пешкова, адъюнкт Воронежский институт МВД России, г.Воронеж

К настоящему времени разработано множество различных подходов к описанию динамики ЧС [1]: на основе систем дифференциальных уравнений; с помощью сетей Петри; методом динамического равновесия; методом нейросемантических структур; методами когнитивной структуризации;