МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ

ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

ВОРОНЕЖ 2013

ВВЕДЕНИЕ

В связи с вступлением в действие Федерального Закона ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» роль прогнозирования динамики опасных факторов пожара приобретает новое значение при решении практически всех задач пожарной безопасности.

Разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара (ОФП).

Вопрос точности и надежности метода расчета динамики ОФП является ключевым в обеспечении безопасности людей.

Современные научные методы прогнозирования ОФП основываются на математическом моделировании пожара. Математические модели пожара в помещении описывают в самом общем виде изменение параметров состояния среды с течением времени, а также ограждающих конструкций и различных элементов оборудования. Уравнения, из которых состоят математические модели пожара, вытекают, как и все уравнения математической физики, из фундаментальных законов природы, эти уравнения отражают всю совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, присущих пожару - тепловыделение в результате горения, дымовыделение и изменение оптических свойств газовой среды, выделение и распространение токсичных газов, газообмен помещения с окружающей средой и со смежными помещениями, теплообмен и нагревание ограждающих конструкций и др.

Современные математические модели делятся на три вида - интегральные, зонные и полевые (дифференциальные). В математическом отношении вышеназванные модели характеризуются разным уровнем сложности. Наиболее простая в математическом отношении интегральная модель пожара представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Искомыми функциями выступают среднеобъемные параметры состояния среды, а независимым аргументом является время.

Основу зонной модели пожара составляет совокупность нескольких систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Среднезонные параметры состояния среды в каждой зоне являются искомыми функциями, независимым аргументом является время. В общем случае искомыми функциями являются также координаты, определяющие положение границ характерных зон.

Наиболее сложна в математическом отношении полевая модель. Ее основу составляет система нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных. Искомыми функциями в этой модели являются локальные плотность и температура среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическая плотность дыма (натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде). Независимыми аргументами являются координаты Х, У, Z, и время τ.

Чтобы сделать научно обоснованный прогноз, обращаются к той или иной модели пожара. Выбор модели определяется (задачами) прогноза (исследования). Для заданных условий однозначности (характеристики помещения, горючего материала и т.д.) путем решении системы дифференциальных уравнений, которые составляют основу выбранной математической модели, устанавливают динамику ОФП.

Следует отметить, что даже при использовании интегральной модели пожара получить аналитическое решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений в общем случае невозможно.

В силу сказанного реализация вышеназванных методов прогнозирования возможна лишь путем численного решения системы дифференциальных уравнений, присущих выбранному методу прогнозирования. Численно решение можно получить только при помощи современных компьютеров.

1. Общие положения

1.1. Цель и задачи

Курсовая работа является завершающим этапом изучения методов прогнозирования ОФП на базе математических моделей пожара, рассматриваемых в дисциплине "Прогнозирование опасных факторов пожара". Эта работа ставит перед слушателями следующие задачи:

- закрепить и углубить знания в области математического моделирования динамики опасных факторов пожара;

- получить на конкретных примерах сведения о степени взаимообусловленности и взаимосвязанности всех физических процессов, присущих пожару (газообмен помещения с окружающей средой, тепловыделение в пламенной зоне и нагревание строительных конструкций, дымовыделения и изменение оптических свойств газовой среды, выделение и распространение токсичных газов и др.);

- усвоить методику прогнозирования ОФП на базе компьютерной программы, реализующей интегральную математическую модель, а также методы расчета с помощью этой программы результатов paзличныx способов воздействия на величину тех или иных ОФП (например, путем открытия дополнительных проемов, включения механической вытяжки газов, подачи в помещение инертного газа и прочими способами);

- получить навыки пользования компьютерной программы при исследовании пожаров;

- получить навыки применения результатов расчета динамики ОФП к решению практических задач обеспечения пожарной безопасности объектов.

1.2. Требования к оформлению

Курсовая работа состоит из пояснительного текста, результатов расчетов в виде таблиц и графиков, а также чертежей и схем, отражающих геометрические характеристики объекта и газообмен помещения при пожаре.

Текст и таблицы выполняются на писчей бумаге формата А4 (297×210 мм). Графики, чертежи и схемы выполняются на компьютере или кapaндaшoм на писчей бумаге формата А4. С правой стороны каждого листа рекомендуется оставлять свободное поле шириной 20 мм.

Разделы пояснительного текста, таблицы, графики и схемы должны иметь сквозную нумерацию арабскими цифрами.

Вся информация должна быть расположена на одной стороне каждого листа. Графики, чертежи и схемы помещаются после текстовой части работы и таблиц.

Весь материал должен быть сброшюрован и иметь плотную обложку. Форма титульного листа приведена в прил. 1. За титульным листом следует лист с оглавлением.

1.3. Порядок выдачи задания и исходные данные

Каждый курсант выбирает вариант задания, состоящий из двух последних цифр его зачетной книжки. Зачетная книжка указывается на обложке выполненной работы.

Исходные данные для всех вариантов курсовой работы представлены в табл. 1,2,3, 4. Параметры горючей нагрузки приведены в прил. 2.

Таблица 1

Геометрические размеры помещений

Предпоследняя цифра зачетной книжки			1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Геометрические характеристики	Помещение	Длина, м	42	24	36	24	12	18	24	30	24	36
		Ширина, м	18	9	18	12	9	12	12	12	9	12
		Высота, м	6	4,2	6	4,2	3,6	4,2	4,2	5,4	4,2	6
	Двери	Количество	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
		Высота, м	2,2	1,9	2,2	1,9	1,9	2,2	2,2	1,9	1,9	2,2
		Ширина, м	1,2	0,9	0,8	0,8	0,8	1,2	1,2	0,8	0,9	1,2
		Координата левого нижнего угла Х, м	0	0	15	0	2	0	10	0	0,24	0
			42	2	15	10	10	18	4,2	10		10
		Координата левого нижнего угла Y, м	8,4	12	0	5	0	6	0	5	4	5
			8,4	0	18	12	9	6	12	12	4	12
	Открытые окна	Количество	2	1	2	1	1	1	2	1	1	1
		Высота, м	1,8	1,8	3,2	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	3,2
		Ширина, м	2		2	3	2	2	2	2	2	4
		Координата левого нижнего угла Х, м	6	16	0	0	0	8	0	0	10	15
			12		36				24
		Координата левого нижнего угла Y, м	0	0	7	2	3	0	5	2	9	0
			0		7				5
		Координата левого нижнего угла Z, м	1,2	0,8	1,2	0,8	0,8	1,2	0,8	1,2	0,8	1,2
			1,2		1,2				0,8
	Закрытые окна	Количество	2	2	1	2	2	2	1	1	1	2
		Высота, м	1,8	1,8	3,2	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	3,2
		Ширина, м	2	2	3	2	2	2	6	6	4	4
		Координата левого нижнего угла Х, м	6	4	5	24	12	8	8	10	10	10
			12	4		24	12	14				20
		Координата левого нижнего угла Y, м	18	0	0	2	1,5	12	12	12	0	12
			18	9		6	6	12				12
		Координата левого нижнего угла Z, м	1,2	0,8	1,2	0,8	0,8	0,8	0,8	1,2	0,8	1,2
			1,2	0,8		0,8	0,8	0,8
		Температура вскрытия, ºС	300	300	300	300	300	300	300	250	300	300
			250	250		250	250	250				250

Тип горючей нагрузки выбирается из типовой базы данных (прил. 2) по двум последним цифрам зачетной книжки. Если цифра получается больше 67, то от нее отнимается 67 и результат будет номером горючей нагрузки. Остальные данные по горючей нагрузке выбираются из табл. 2.

Таблица 2

Характеристика горючей нагрузки^*

Последняя цифра зачетной книжки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Масса, кг	1000	1200	1600	1100	1200	1400	1300	1200	1100	1300
Длина открытой поверхности, м	9	8	10	10	9	10	8	11	9	10
Ширина открытой поверхности, м	6	6	8	5	7	6	8	5	6	5
Высота открытой поверхности от уровня пола, м	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Примечание

*- для жидкой горючей нагрузки для всех вариантов задания принимается: масса – 100 кг; длина открытой поверхности – 1 м; ширина открытой поверхности – 1 м.

Таблица 3

Параметры окружающей среды

Сумма двух последних цифр зачетной книжки	Четная	Нечетная
Наружная температуры воздуха, Та, К	292	250
Наружное давление на уровне, равном половине высоты помещения Ра, Па	101300	101300

Начальные условия (условия внутри помещения перед пожаром) для всех вариантов курсовой работы одинаковы. Они записываются следующим образом:

T_m0 = 292К;

P_m0 =101300 Па;

μ_m = 0;

При τ = 0 X_m(O2) = 0,23;

X_m(CO) = 0;

X_m(CO2) = 0;

ρ_m0 = P_m0/( R·T_m0).

Таблица 4

Исходные данные для расчета прогрева плиты перекрытия

Последняя цифра зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Материал плит1	Б.Г.	Б.И.	Б.Т.	Б.К.	Б.П.	Б.Г.	Б.И.	Б.Т.	Б.К.	Б.П.
Предпоследняя цифра зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Толщина плит2, мм	80	120	150	180	200	220	250	280	300	320

Примечания

¹Б.Г. – бетон тяжелый на гранитном щебне;

Б.И. - бетон тяжелый на известняковом щебне;

Б.Т. - бетон тяжелый на трепельном заполнителе;

Б.К. - бетон на щебне из красного кирпича;

Б.П. – бетон песчаный;

²Толщина слоя бетона от нижней грани до центра тяжести рабочей арматуры 2 см.