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 три вида моделей пожара характеризуются разным уров­нем сложности. Для проведения расчетов динамики опасных факторов по­жара в помещении отделочного цеха мебельного комбината выбираем ин­тегральную математическую модель развития пожара в помещении.

1. Исходные данные

Краткая характеристика объекта

Отделочный цех мебельного комбината расположен в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича.

Размеры цеха в плане:

• ширина =36 м;

• длина = 18 м;

• высота = 6м.

План цеха показан на рис.п.1.1

Рис. п.1.1. План отделочного цеха мебельного комбината

В наружных стенах помещения цеха имеется 3 одинаковых оконных проема, один из которых открытый. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема = 0,8 м. Высота оконных проемов = 2,4 м. Ширина каждого оконного проема = 6,0 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300 ⁰C.

В противопожарной стене, отделяющей отделочный цех от других помещений, имеется технологический проем шириной 3 м и высотой 3 м. При пожаре этот проем открыт.

Отделочный цех имеет два одинаковых дверных проема, соединяющих цех с наружной средой. Их ширина равна 0,9 м и высота 2 м. При пожаре дверные проемы открыты.

Полы цеха бетонные, с асфальтовым покрытием.

Горючий материал представляет собой деревянные детали мебели, покрытые лаком. Горючий материал расположен на полу. Размер площадки, занятой горючим материалом: длина – 20 м, ширина – 10 м. Количество горючего материала составляет 10 тонн.

Сбор исходных данных

Геометрические характеристики объекта.

Выбирается положение центра ортогональной системы координат в левом нижнем углу помещения на плане (рис. п.1.1). Координатная ось x направлена вдоль длины помещения, ось y - вдоль его ширины, ось z - вертикально вдоль высоты помещения.

Геометрические характеристики:

помещение: длина L=36 м; ширина В = 18 м; высота Н = 6 м.

двери (количество дверей N_дo=2): высота h_д1,2 = 2,0 м; ширина b_д1,2  = 0,9 м; координаты левого нижнего угла двери: у_д1 = 10 м; х_д1 = 0,0 м; у_д2 = 7 м; х_д2 = 36,0 м;

открытые окна (количество открытых окон N_оo= 1): высота h_оo1 = 2,4 м; ширина b_оo1 = 6,0 м; координаты одного нижнего угла окна: x_оo1 = 3,0 м; у_оo1 = 0 м; z_оo1 = 0,8 м;

закрытые окна (количество закрытых окон N_зo=2): высота h_зo1,2 = 2,4 м; ширина b_зo1,2 = 6,0 м; координаты одного нижнего угла окна: x_зo1= 15 м; y_зo1= 0,0 м; z_зо1 = 0,8 м; температура разрушения остекления T_кр = 300^оС; x_зo2= 27 м; y_зo1= 0,0 м; z_зо1 = 0,8 м; температура разрушения остекления T_кр = 300^оС;

технологический проем (количество проемов N_пo=1): высота h_п1 = 3,0 м; ширина b_п1  = 3,0 м; координаты левого нижнего угла проема: у_п1 = 18 м; х_п1 = 20,0 м.

Свойства горючей нагрузки.

Свойства горючей нагрузки выбираем по типовой базе горючей нагрузки (прил. 2 отделочный цех мебельного комбината (дерево+лаковое покрытие, № 58):

низшая рабочая теплота сгорания Q_р^н = 13,9 МДж/кг;

скорость распространения пламени w_лс = 0,0151 м/с;

удельная скорость выгорания _о = 0,0255 кг/(м²с);

удельное дымовыделение D_опг = 64,1 Нпм²/кг;

удельное потребление кислорода при горении L_О2 = -1,191;

выделение окиси углерода ;

выделение двуокиси углерода .

Остальные характеристики горючей нагрузки:

суммарная масса горючей нагрузки М_о= 10000 кг;

длина открытой поверхности l_пн = 20 м;

ширина открытой поверхности b_пн = 10 м;

высота открытой поверхности от уровня пола h_пн = 2 м;

Начальные и граничные условия.

Задаемся начальными и граничными условиями:

температура газовой среды помещения равна T_m0 =20 ^оС;

температура наружного воздуха составляет T_a = 20 ^оС;

давления в газовой среде помещения и наружном воздухе на уровне пола равны p_a=10⁵ Па.

Выбор сценария развития пожара.

Место возникновения горения расположено в центре площадки, занятой ГМ.

2. Описание математической модели развития пожара в помещении

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

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

G_пр = 0; G_выт = 0; G_ов = 0; Q_o = 0,

где G_пр и G_выт - расходы приточного и вытяжного вентиляторов;

G_ов - расход газообразного огнетушащего вещества; Q_o - тепловой поток, излучаемый системой отопления.

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

= 0.

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, м^з; ρ_m, T_m, p_m - соответственно среднеобъемные плотность, температура и давление; μ_m- среднео6ъемная оптическая плотность дыма, Нп/м; æ = X_m/L - приведенная среднеобъемная концентрация продукта горения;X₀₂ - среднео6ъемная концентрация кислорода.