1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии.

1.1. Исходные данные.

Помещение для 1-2 степени огнестойкости расположено в одноэтажном здании. Стены здания кирпичные, толщиной 630 мм, покрытие железобетонное, толщиной 100 мм. Полы деревянные. Вентиляция механическая приточно-вытяжная. При возникновении пожара отключается автоматически. Отопление центральное водяное.

Помещение имеет следующие размеры:

• длину a =15 м;

• ширину b = 10 м;

• высоту 2h = 3 м.

В наружных стенах здания по его длине расположены оконные проёмы по 2 с каждой стороны. Размерами 2,0 х 2,0 м. Окна расположены на высоте от пола до нижних краёв проёмов 0,9 м. Следовательно, координаты расположения нижних и верхних краёв оконных проёмов будут y_н =0,9 и y_в =2,9 м соответственно. Суммарная ширина оконных проёмов 8 м.

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

Двери эвакуационных выходов из помещения во время пожара открыты для эвакуации. Ширина двери – 1,0 м, высота –1,9 м, т.е. и м. Суммарная ширина дверных проёмов м.

Нефть (доля горючего материала 7%).

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

, (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 = 44200 кДж/кг;

- линейная скорость распространения пламени по ТГМ =885.0/м³;

- удельная скорость выгорания на открытом воздухе =0,02410 кг/(м²с);

- дымообразующая способность D = 438 Нпм²/кг;

- потребление кислорода (О₂) L₁ =-3.2400кг/кг;

- выделение газа:

- диоксида углерода (СО₂) =3.10400 кг/кг;

- оксида углерода (СО) кг/кг.

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

1.2. 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 помещении 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 Нпм²/кг;

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

- 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)

Для решения задачи об исследовании опасных факторов пожара, когда среднеобъемное давление в помещении изменяется в небольших пределах, с достаточной точностью можно принять левую часть уравнения (1.6) равной нулю, т.е.

. (1.12)

Кроме этого, учитывая, что , величиной можно пренебречь.

С учётом условий (1.11), (1.12) и 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.