3400

Рис. 2. Схема помещения с двумя проемами

+ K,

Ψ −

Горючий материал в помещении имеет

− = K Ψ + γ − m γ

следующие характеристики: теплоту сгора-

,

̅

ния Qнр = 2,2·107 Дж/кг; необходимое количе-

(11)

ство кислорода для сгорания1 кг материала

K

0,5

+ 0,5.

− 1

(12)

L1 = 4 кг/кг; количество образующегося угле-

кислого газа при сгорании 1 кг материала L2 =

В этих

уравнениях используются сле-

1 + π = βθ

ρ

2,7 кг/кг;IП= 5·105Дж/кг. Скорость выгорания

дующие

обозначения:

β=pm/

,

при среднеобъемной концентрации х1 ≥ 0,05

π = (p

− p )⁄p , θ = T

⁄T

, γ

описывается

некоторой

заданной

функцией

Ψ, а при x1< 0,05 — формулой

= G

⁄G , Ψ = Ψ⁄G , γг

ратурой T = 290 К;

3

β = 1; π = 0; θ = 1; x = 0,23;x

= 0; x

следующее.

среде характе-

Теперь запишемг⁄

G .

Условия в окружающей Ѱ =

ƞ .

При

= 0,77; G

плотностью ρа=1,2 кг/м ; концентрацией кис-

ризуются

следующими параметрами: темпе-

t = 0:

2ghξ ξ

F F ; t =

t

,

в

давлением ра

=105

Па;

лорода, углекислого

газа и

азотах1≈ 0,23;

= ρ

̅

х2≈0; х3= 0,77. Перед пожаром параметры газа

где

t =

ρ V

; K

=

t

; K

внутри помещения такие же, как во внешней

среде, т. е. Т0m = Tа; p0m = pа; ρ0m = ρа. При рас-

ηQ

четах были приняты следующие значения ко-

G

C

T

эффициентов: n1 = 1, n2= 1, n3= 1, m = 1.

= c

вρ

α FƩ

; K

Для

численного

решения

системы

K

2ghξ ξ F F

уравнений (в соответствии с [2] и [3]), целе-

= ρ gh ; α

I

= 11,6

⁄(

∙

) ; F

сообразно привести уравнения пожара к без-

p

=

T

;

+ F

; m

размерному виду:

;

(7)

= F

+ F

c

Вт

м

К

Ʃ

уравнение

̅

≈ 0,956 + 0,043θ.

уравнение материального баланса пожара

стен

пот

пол

̅ = x − x γ − (x + η L )Ψ

Ф

.

Ф

πK < −(1 − β)γ = 0; γ =

кислородного баланса

Расходные функции γв

и γг

вычислить

= γ + Ψ − γ

по формулам:

) +

−(1 − β − πK )

β

;

(8)

(1 − β − πK

β

̅ = (L − x

)Ψ − x γ

Ф

При

(1 − β) ≥ πK Ф≥ −(1 − β)γ = .

уравнение баланса продукта горения

(10)

β(πK + 1 − β); γ

= (1 − β − πK )

;

;

(9)

При

уравнение баланса инертного газа

уравнениеβ

̅ = x

− x

γ

− x Ψ

энергии

Ф

πK > (1 − β)γ = 0; γ = .

Комплексная безопасность, Вып. 1(3), 2018

β(β − 1 + πK ) +

β(1 − β + πK )

следующей функцией:

.

При

.

При проведении расчетов предполага-

Здесь Ф

Ψ = μ(1 − e )

=

Ф

ется, что

скорость выгорания описывается

4м

5 ∙ 10 Дж/кг

= 10 Па

Пример выполнения расчетов в среде MathCAD. Введем исходные данные.

ρ

:=11.6

м

, h:= 5м, F1:=

м

∙ 10 Дж/кг

с

pa:

, Iп:=

, cp:= 1006 Дж/кг/град, L1:=4 кг/кг,

α0

м /К

, Qнр:=2.2

, 11:=10м, g:=9.8 м/

, ᶓ2:=0.9,

a:=1.2 кг/

, ᶓ1:=0.9, F2:= 4

Вт/

, Тв:=290К, 12:=10м

2(11 + 12) ∙ 2 ∙ h2 + 2 ∙ 11 ∙ 12

a ∙ 2 ∙ q ∙ h2 ∙ ᶓ ∙ ᶓ ∙ F1 ∙ F2

Вычислим G0, FΣ; и безразмерные комплексы К1, К2, К3, К4.

G0:=ρ

, G0=42.766 кг/c, FƩ:=

FƩ=600м , K1:=

нр

, К1=75.41, К2:=

α

, K2=0.162, K3:=

п , К3=1.714,

ср Тв

ср

ρ

∙ ∙ ∙∙ᶓƩ∙ᶓ ∙

ср

Тв

К4:=

, K4=1700.68∙

∙

∙

∙

∙

ρ

Зададим∙ ∙вектор начальных условий и расходных функций.

0.23

0

X:=

0.77

1

Q ← (

0

)

G (K4, Y, Z): =

(1 − Y − K4 ∙ Z)

+ −(1 − Y + K4 ∙ Z)if Z < −Q

(1 − Y − K4 ∙ Z) if |Z| ≤ Q

Y:=

=0

0 otherwise

G (K4, X

,X )

Q ← (

)

X

Z:= X

0 if Z < −Q

Gr(K4,Y,Z):=

Y ∙ (K4 ∙ Z + 1 − Y) if|Z| ≤ Q

(K4, X

,X )

Y ∙ (K4 ∙ Z + 1 − Y) + Y ∙ (K4 ∙ Z − 1 + Y) otherwise

Gr

=0

Х1В: = 0.23

ѱ1(T,Y,P,Z):=

Определим скорость выгорания.

0.

.05 ∙ (1 − e

) if P ≥ 0.05

AM(Θ

:= 0.956+0

∙ G (K4, X

,X ) otherwise

AMP( )

∙

∙

Для

+ 0.5 ∙ − 1

.043 Θ

Θ):= 0.5 Θ

Θ

ψ1(T, X , X , X ) + Gв(K ,X ,X ) − G (K ,X , X )

Комплексная безопасность Вып. 1(3), 2018

[(0.23 − X ) ∙ Gв(K , X , X ) − (4 + X

) ∙ ψ1(T, X , X , X

)] ∙ (X )

=

[(2.7 − X ) ∙ ψ1(T, X , X , X ) − X

∙ Gв(K , X , X )] ∙ (X )

(K1

+ K3)

[(0.77

− X ) ∙ Gв(K ,X , X ) − X ∙ ψ1(T, X , X , X )] ∙

(X )

− K2 ∙ AMP(1 + X )

1.404 ∙

∙ ψ1(T,X

,X , X ) ∙ Gв(K ,X ,X ) − G (K ,X , X ) AM 1 + X

N = 100

X

X

W Bulstoer(X,0,1, N, D)

Выводы. Среднеобъемная

плотность

тает, а затем постепенно уменьшается. Кон-

газовой среды в помещении начинает убы-

центрация кислорода медленно уменьшается

вать со значения 1 до значения 0.163 в момент

со значения 0,23 в

начальный момент вре-

времени i=0.41. а зятем медленно

нарастает

мени до значения0,05 в момент времениt

(табл). График скорости выгорания показы-

=0,4. Концентрация углекислого газа плавно

вает, что скорость выгорания сначала нарас-

нарастает,

достигая

значения 0,15 в момент

времени i

=0,41, а

затем стабилизируется.

Концентрация азота в начальной стадии по-

i=0,2 расход уходящих газовGг достигает

жара (i=0...0,4) меняется

незначительно от максимального значения. На этой стадии по-

0,77 до 0,73.

жара наружный воздух в помещение не по-

В начальной стадии пожара(i=0...0,3)

ступает, то

есть GB=0.

Наружный

воздух

наблюдается резкое повышение среднеобъ-

начинает поступать в помещение с момента

емного избыточного давления, которое затем

времени i= 0,4.

постепенно снижается и стабилизируется.

Другие

примеры выполнения

расчетов

Температура также нарастает, достигая мак-

по прогнозированию опасных факторов по-

симального значения в момент времениi

жара в среде MathCAD можно посмотреть в

=0,4, а затем медленно убывает.

работах [4, 5, 6, 7, 8].

В начальной стадии пожара (i=0...0,4) из

помещения выбрасываются только газы. При

Результаты расчета W

W=

0

1

2

3

4

5

0

0

1

0,23

0

0,77

0

1

0,01

0,998

0,23

6.539*10-5

0,77

1,954*10-5

2

0,02

0,993

0,23

0

0,77

7,118*10-5

3

0,03

0,985

0,229

0,001

0,77

0

4

0,04

0,973

0,228

0,001

0,77

0

5

0,05

0,96

0,228

0,001

0,77

0

6

0,06

0,944

0,227

0,002

0,769

0

7

0,07

0,926

0,226

0,003

0,769

0,001

8

0,08

0,906

0,224

0,004

0,769

0,001

9

0,09

0,885

0,223

0,004

0,769

0,001

10

0,1

0,862

0,222

0,005

0,768

0,001

11

0,11

0,838

0,22

0,006

0,768

0,001

12

0,12

0,813

0,218

0,007

0,768

0,001

13

0,13

0,787

0,216

0,009

0,768

0,001

14

0,14

0,76

0,214

0,01

0,767

0,001

15

0,15

0,732

0,212

0,011

0,767

0,002

Введение. Для временного размещения

Экспериментальные образцы. Дан-

людей и материально-технических средств, в

ное экспериментальное исследование прово-

зонах чрезвычайных ситуаций

предлагается

дилось согласно [5,6]. Для исследований

использовать

быстровозводимые

сооруже-

были изготовлены экспериментальные -об

ния. Один из вариантов конструкции быстро-

разцы керамзитобетона из цементно-песча-

возводимого сооружения [1] предполагает

ной смеси с добавлением в качестве заполни-

размещение между, его наружной и внутрен-

теля керамзита невысоких прочностных ма-

ней, оболочками керамзитобетона [2,3].

рок. При этом соотношение Ц:=1:3П и во-

Тепловое

воздействие

при

пожаре, доцементное соотношение равнялось 0,45. В

оказываемое на материал ограждающих кон-

качестве вяжущего применялся портландце-

струкций,

зависит от

величины

пожарноймент марки ПЦ-500.

нагрузки и интенсивности пожара [4]. Темпе-

Изготовление образцов выполнялось в

ратурные

воздействия

на керамзитобетонкубических двухсекционных формах, рис. 1.

приводят к изменению его прочностных ха-

Размер ребра образцов кубов составил 10 см.

рактеристик.

Было изготовлено две серии образцов по 3 об-

Исходя из вышеизложенного, целью

разца. Образцы каждой серии изготавлива-

исследования является

изучение

прочности лись из одного замеса. По истечении двух су-

керамзитобетона после температурного воз-

ток производилась распалубка образцов, рис.

действия и сравнение с прочностью обычного

2 с последующим их выдерживанием в нор-

керамзитобетона аналогичного состава.

мальных условиях в течение 28 суток.

Рис. 2. Вид образцов после распалубки

Образцы серии 1 получили обозначение К, а -

помощи

штангенциркуля. Точность

обмера

серии 2 получили обозначение КН.

составила 0,1 мм. Далее образцы были взве-

Методика исследования. После изго-

шены

на

лабораторных весахAND DL-

товления образцы были обмерены и осмот-

3000WP. Точность взвешивания

составила

рены. Осмотр не выявил очевидных недостат -

0,01 г. Результаты измерения и взвешивания

ков, таких как трещины, сколы ребер, рако-

образцов представлены в таблице.

вины. После осмотра был проведен обмер при

Характеристика образцов

№ п/п

Обозначение

Размер, мм

Вес, г

Удельный вес, г/мм3

1

К1

99,6х100,5

1607,0

0,0016

2

К2

100,5х101,4

1587,0

0,0016

3

К3

100х100,5

1575,0

0,0016

4

КН1

100,5х99,6

1619,0

0,0016

5

КН2

100,8х100,4

1623,0

0,0016

6

КН3

99,8х99,1

1614,7

0,0016

Перед испытанием на сжатие образцы

10-15 метров от сооружения.

серии 1 подверглись температурному воздей-

Нагревание образцов велось в муфель-

ствию в 2000С. Такая температура выбрана из

ной печи «Снол», рис. 3. Кубы серии 1 закла-

анализа возможных сценариев развития по-

дывались в муфельную печь по 3 штуки. По-

жара на открытом пространстве. В основном

сле достижения температуры 2000С выдержи-

достижение

наружных температур

вышевание в печи продолжалось в течение30 ми-

2000С практически нереально на расстояниях

нут.

Рис. 3. Вид муфельной печи «Снол»

После окончания температурного воз-

РФ. Для проведения конкретных испытаний

действия образцы выдерживались при ком-

применялась

универсальная 4-колонная

натной температуре в течение суток. После

напольная гидравлическая испытательная си-

этого образцы обоих серий испытывались на

стема «Инстрон», модель 1500HDX, рис. 4.

прочность.

Система позволяет проводить испытания на

Испытание образцов на прочность про-

сжатие с усилиями до 1500 кН.

водились в Центре коллективного пользова-

ния ВГТУ. Центр аттестован Госстандартом