3870

ниях в коммодифицированную театрализацию жестов изгибающихся форм, в которой зрителю не оставлено никакой свободы интерпретации: все поглощено наркотизирующей пластикой гипертрофированных абстрактных скульптур. Насколько гипотетический зритель такой архитектуры, собственно говоря, человек, остается не выяснено. Архитектура (если это все еще архитектура) здесь выражает явно нечеловеческие процессы и события. Можно предположить, что и сам тезис о тектонике потока представляет собой апологию театрализованной атектоничности (ср. [10]), привносящую в архитектуру несвойственную ей метафорику и вымывающую остатки собственно архитектурной образности.

Выводы

В результате сравнительного анализа идейных основ творчества архитектора Захи Хадид до и во время эпохи дигитального воспроизводства мы выделили два направления современных значений термина «тектоника» — тектоника театральности и тектоника потока. В теории и практике Хадид это различие маркирует переход от супрематизма к параметризму.

Простые геометрические композиции, насыщенные динамизмом и здоровой театральностью, вытесняются динамикой вымышленного потока и сложными флюидными формами неясной этиологии. Первоначальное присутствие материальности или «подобная камню тектоника» уступает декоративному применению бетона и других материалов в виде флюидного симулякра. Г. Хартунян называет такое отношение театрализацией в архитектуре, поскольку художественная форма обретает полную независимость и автономный смысл [16]. Независимость от конструкции и материала, а также от смысла и значения, добавим мы.

Как мы показали, понимание классической тектоники существенно видоизменилось во времена дигитальной репродукции. С античных времен акт создания и смыслового раскрытия зданий требовал огромного мастерства. Творческая свобода формы достигалась путем совершенствования художественных решений через изучение физических качеств материалов — собственно мастерство работы с материалом и было синонимом творчества.

С течением времени технический прогресс и новые строительные материалы способствовали усложнению тектонических представлений и по сути размыванию их классических основ. Компьютерное вычисление и изготовление всевозможных конструкций сделало принцип традиционной тектоники технически и креативно бессмысленным, но в ходе эволюции архитектурных идей и их социальной и культурной рецепции интерес к тектонике возрождается вновь. Однако теперь это уже «неклассическая» тектоника, а ее изображение, имитация, симулякр, что в отношении исконного понятия тектоники означает радикальную и далеко ведущую метаморфозу — это блистательно демонстрирует позднее творчество Захи Хадид.

Открытым остается вопрос: стоит ли идти этим путем? Ведь в конце концов компьютерное вычисление и «нелинейное» строительное производство — всего лишь инструменты, а именно зависимость от несовершенства инструмента (как и любых иных компонентов той или иной технологии) всегда в истории архитектуры порождала необходимость приспособительной адаптации, эстетизации результатов. Как мы говорили, тектоника и была феноменом такой успешно осуществленной эстетизации. Так не является ли опыт дигитальной или параметрической архитектуры — при всей своей вопиющей атектоничности и при всем цинизме употребления тектонических образов — ни чем иным как современным опытом осуществления все того же вечного принципа эстетизации фактических рамок деятельности и валоризации ее средств? Сегодня рамки и границы существенно раздвинулись и сместились из области строительного производства в область замысла, но они не исчезли совсем. И, быть может, на новом витке эволюции (или благодаря новой инструментально-средствиальной «революции») мы получим наконец чаемую свободу от «выражения» навязчивых дигитальных образов, а равно и от вменяемой ими пустоты содержания. Возможно, обнаружится, что это все — следствие нашей добровольной зависимости от средства, кажущегося таким мощным и к чему-то нас якобы обязывающим. И мы научимся использовать любые средства для создания подлинно человечной архитектуры.

131

Научный журнал строительства и архитектуры

Библиографический список

1.Бодрийяр, Ж. Соблазн / Ж. Бодрийяр. — М.: Ad Marginem, 2000. — 318 с.

2.Делез, Ж. Различие и повторение / Ж. Делез. — СПб: Петрополис, 1998. — 384 с.

3.Добрицына, И. А. От постмодернизма — к нелинейной архитектуре: архитектура в контексте современной философии и науки / И. А. Добрицына. — М.: Прогресс-Традиция, 2004. — 416 с.

4.Капустин, П. В. Опыты о природе проектирования / П. В. Капустин. — Воронеж: ВГАСУ, 2009. —

218 с.

5.Капустин, П. В. Проектное мышление и архитектурное сознание. Критическое введение в онтологию и феноменологию архитектурного проектирования / П. В. Капустин. — Saarbrucken, Germany: Lambert Academic Publishing, 2012. — 252 с.

6. Капустин, П. В. Пространственность и субстанциальность в архитектуре и проектировании / П. В. Капустин // Архитектурные исследования. — 2015. — № 3 (3). — С. 4—12.

7.Капустин, П. В. Проблема индивидуации мест обитания и новые задачи архитектурного образования / П. В. Капустин, Е. В. Соловец // Архитектурно-художественное образовательное пространство будущего: сб. материалов Междунар. науч.-метод. конф. / науч. ред. Л. В. Карташева. — Ростов-н/Д: Изд-во Южного федерального университета, 2015. — С. 119—120.

8.Лесневска, Р. В. Архитектура как зрелище XXI века: театрализация архитектуры / Р. В. Лесневска, П. В. Капустин // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2015. — № 2 (38). — С. 111—121.

9.Лесневска, Р. В. Возвращение барокко в зрелищную архитектуру XXI века — электронное барокко / Р. В. Лесневска // Архитектурныe исследования. — 2015. — № 4. — С. 16 — 29.

10. Лесневска, Р. В. Тектоника театральности и атектоничность театрализации в архитектуре / Р. В. Лесневска, П. В. Капустин // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2016. — № 1 (41). — С. 117—130.

11.Малевич, К. С. От Сезанна до супрематизма: критический очерк / К. С. Малевич. — М.: Изд. отд. изобр. искусств Наркомпроса, 1920. — 28 с.

12.Малевич, К. С. Собрание сочинений в пяти томах. Т. 5. Произведения разных лет: Статьи. Трактаты. Манифесты и декларации. Проекты. Лекции. Записи и заметки. Поэзия / К. С. Малевич. — М.: Гилея, 2004. — 628 с.

13.Раппапорт, А. Г. 3Х (Отдавая дань уважения и восхищения покойной Захе Хадид) [Электронный ресурс] / А. Г. Раппапорт // Блог «Башня и лабиринт». — Режим доступа: http://papardes.blogspot. ru/2016/04/blog-post.html.

14.Раппапорт, А. Г. Темпоральность и телесность [Электронный ресурс] / А. Г. Раппапорт // Блог «Башня и лабиринт». — Режим доступа: http://papardes.blogspot.ru/2012/12/1997_21.html.

15. Hadid, Z. Total Fluidity: Studio Zaha Hadid, Projects 2000—2010 University of Applied Arts Vienna /

Z.Hadid, P. Schumacher. — Edition Angewandte (Paperback): Ambra Verlag, 2011. — 248 p.

16.Hartoonian, G. Architecture and Spectacle: A Critique / G. Hartoonian. — Ashgate Publishing, Ltd., 2012. —

262 p.

17.Relph, E. Place and Placelessness / E. Relph. — London: Pion Ltd., 2008. — 174 p.

18.Ross, L. An Excess of Unthinking Material: The Tectonic of Flow in Zaha Hadid’s recent work [Electronic resource] / L. Ross // Tectonics: Making Meaning, Eindhoven, United Kingdom, 8.03.06-8.03.06. — Access: http://www.research.ed.ac.uk/portal/files/4092397/LiamRoss_113_ExcessMaterial_submitted_.pdf.

19. Schumacher, P. The Autopoiesis of Architecture: A New Framework for Architecture, Volume 1 / P. Schumacher. —Wiley, 2011. — 478 p.

References

1.Bodriiyar, Zh. Soblazn / Zh. Bodriiyar. — M.: Ad Marginem, 2000. — 318 s.

2.Delez, Zh. Razlichie i povtorenie / Zh. Delez. — SPb: Petropolis, 1998. — 384 s.

3.Dobritsyna, I. A. Ot postmodernizma — k nelineinoi arkhitekture: arkhitektura v kontekste sovremennoi filosofii i nauki / I. A. Dobritsyna. — M.: Progress-Traditsiya, 2004. — 416 s.

4.Kapustin, P. V. Opyty o prirode proektirovaniya / P. V. Kapustin. — Voronezh: VGASU, 2009. — 218 s.

5.Kapustin, P. V. Proektnoe myshlenie i arkhitekturnoe soznanie. Kriticheskoe vvedenie v ontologiyu i fenomenologiyu arkhitekturnogo proektirovaniya / P. V. Kapustin. — Saarbrucken, Germany: Lambert Academic Publishing, 2012. — 252 s.

6.Kapustin, P. V. Prostranstvennost' i substantsial'nost' v arkhitekture i proektirovanii / P. V. Kapustin // Arkhitekturnye issledovaniya. — 2015. — № 3 (3). — S. 4—12.

7. Kapustin, P. V. Problema individuatsii mest obitaniya i novye zadachi arkhitekturnogo obrazovaniya / P. V. Kapustin, E. V. Solovets // Arkhitekturno-khudozhestvennoe obrazovatel'noe prostranstvo budushchego: sb. mate-

132

rialov Mezhdunar. nauch.-metod. konf. / nauch. red. L. V. Kartasheva. — Rostov-n/D: Izd-vo Yuzhnogo federal'nogo universiteta, 2015. — S. 119—120.

8. Lesnevska, R. V. Arkhitektura kak zrelishche XXI veka: teatralizatsiya arkhitektury / R. V. Lesnevska, P. V. Kapustin // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2015. — № 2 (38). —

S.111—121.

9.Lesnevska, R. V. Vozvrashchenie barokko v zrelishchnuyu arkhitekturu XXI veka — elektronnoe barokko / R. V. Lesnevska // Arkhitekturnye issledovaniya. — 2015. — № 4. — S. 16—29.

10. Lesnevska, R. V. Tektonika teatral'nosti i atektonichnost' teatralizatsii v arkhitekture / R. V. Lesnevska, P. V. Kapustin // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2016. — № 1 (41). —

S.117—130.

11.Malevich, K. S. Ot Sezanna do suprematizma: kriticheskii ocherk / K. S. Malevich. — M.: Izd. otd. izobr. iskusstv Narkomprosa, 1920. — 28 s.

12.Malevich, K. S. Sobranie sochinenii v pyati tomakh. T. 5. Proizvedeniya raznykh let: Stat'i. Traktaty. Manifestyi deklaratsii. Proekty. Lektsii. Zapisi i zametki. Poeziya / K. S. Malevich. — M.: Gileya, 2004. — 628 s.

13.Rappaport, A. G. 3Kh (Otdavaya dan' uvazheniya i voskhishcheniya pokoinoi Zakhe Khadid) [Elektronnyi resurs] / A. G. Rappaport // Blog «Bashnya i labirint». — Rezhim dostupa: http://papardes.blogspot. ru/2016/04/blog-post.html.

14.Rappaport, A. G. Temporal'nost' i telesnost' [Elektronnyi resurs] / A. G. Rappaport // Blog «Bashnya i labirint». — Rezhim dostupa: http://papardes.blogspot.ru/2012/12/1997_21.html.

15. Hadid, Z. Total Fluidity: Studio Zaha Hadid, Projects 2000—2010 University of Applied Arts Vienna /

Z.Hadid, P. Schumacher. — Edition Angewandte (Paperback): Ambra Verlag, 2011. — 248 p.

16.Hartoonian, G. Architecture and Spectacle: A Critique / G. Hartoonian. — Ashgate Publishing, Ltd., 2012. —

262 p.

17.Relph, E. Place and Placelessness / E. Relph. — London: Pion Ltd., 2008. — 174 p.

18.Ross, L. An Excess of Unthinking Material: The Tectonic of Flow in Zaha Hadid’s recent work [Electronic resource] / L. Ross // Tectonics: Making Meaning, Eindhoven, United Kingdom, 8.03.06-8.03.06. — Access: http://www.research.ed.ac.uk/portal/files/4092397/LiamRoss_113_ExcessMaterial_submitted_.pdf.

19. Schumacher, P. The Autopoiesis of Architecture: A New Framework for Architecture, Volume 1 / P. Schumacher. —Wiley, 2011. — 478 p.

TECTONICS IN ARCHITECTURE OF ZAHA HADID

BEFORE AND AFTER THE DIGITAL REVOLUTION

R. V. Lesnevska, P. V. Kapustin

Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh, tel.: +7-950-774-76-35, e-mail: rlesnevska@gmail.com

R. V. Lesnevska, PhD student of the Dept. of Theory and Practice of Architectural Designing Russia, Voronezh, tel.: (473)271-54-21, e-mail: arh_project_kaf@vgasu.vrn.ru

P. V. Kapustin, PhD in Architecture, Assoc. Prof. of the Dept. of Theory and Practice of Architectural Designing

Statement of the problem. In this article we discuss the problem of transformation of tectonics as a result of the digital revolution. The subjects of the research are iconic projects of the famous architect Zaha Hadid. The analysis is based on two periods of Hadid`s creativity, i. e. before and after the implementation of computer technology into architecture. In order to highlight the specificity of the contemporary non-traditional tectonics, the authors also commented on the evolution of the concept of tectonics in architecture.

Results and conclusions. Hadid’s projects highlight two different areas with an influence on architecture — pictorial and technological. We conclude that in contrast to the use of pictorial techniques in architecture, which only «play around» visually with the physical characteristics of materials, computermodeled facades and materials completely destroy the relationship between the physical properties of the material and its shape. Thus, we trace the transformation of theatrical tectonics in what is called tectonics of the flow as a result of the trends the digital era.

Keywords: tectonics, theatrical tectonics, tectonic of the flow, parametricism, suprematism.

133

Научный журнал строительства и архитектуры

ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (В СТРОИТЕЛЬСТВЕ)

УДК 697.956

РАСЧЕТ МАССОВОГО РАСХОДА ГАЗОВОЙ СМЕСИ ПРИ ГОРЕНИИ С УЧЕТОМ ФОРМЫ КОНВЕКТИВНОЙ КОЛОНКИ

С. А. Колодяжный, Н. В. Колосова, С. В. Пузач

Воронежский государственный технический университет

Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 271-53-21, e-mail: kolosnv@yandex.ru

С. А. Колодяжный, канд. техн. наук, доц., ректор Н. В. Колосова, ст. преп. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела

Академия государственной противопожарной службы МЧС России Россия, г. Москва, тел.: (495) 686-45-27, e-mail: info@academygps.ru

С. В. Пузач, д-р техн. наук, проф., начальник кафедры инженерной теплофизики и гидравлики

Постановка задачи. Величина расхода смеси продуктов горения и воздуха, поступающих в зону припотолочного слоя, в конвективной колонке определяет скорость опускания дымовой завесы к полу помещения. В зонной математической модели расчета термогазодинамических процессов пожара одним из основных допущений является то, что форма конвективной колонки над источником горения принимается в виде неограниченной свободно-конвективной струи. Но проведенные исследования показывают, что на формуконвективной колонки существенное влияние оказывает наличие ограждающих строительных элементов — стен и перекрытия. В связи с этим актуальной научной и практической задачей является дальнейшее исследование зависимости формы конвективной колонки от формы ограждающих конструкций помещения, их геометрии и расположения по отношению к очагу возгорания с целью уточнения массового расхода газовой смеси при горении.

Результаты. Предложена уточненная зонная математическая модель развития термогазодинамических процессов при пожаре, в которой впервые с помощью переменного угла полураскрытия учтено изменение формы конвективной колонки по ее высоте под действием ограждающих строительных элементов помещения иработы системы противодымной вытяжной и приточнойвентиляции.

Выводы. В рассмотренном примере в случае постоянного по всей высоте конвективной колонки угла полураскрытия получено заниженное значение среднеобъемной температуры в припотолочном слое. Учет изменения угла полураскрытия по высоте колонки приводит к увеличению значения среднеобъемной температуры в зоне припотолочного слоя в два раза по сравнению с выполненными традиционным подходом расчетами.

Ключевыеслова: массовыйрасходгазовойсмесипригорении, среднеобъемнаятемпература в припотолочном слое.

Введение. В работах [7, 8, 17] при исследовании формы и угла раскрытия конвективной колонки использовалась трехмерная дифференциальная модель расчета термогазодинамических процессов пожара с проведением серии численных экспериментов. При этом в дифференциальном уравнении, определяющем распределение массового расхода по высоте колонки, используется осредненное по той же высоте значение угла полураскрытия колонки.

Целью исследований данной работы является изучение изменения угла полураскрытия конвективной колонки в помещении на базе теоретической зонной модели, учитывающей локальное распределение угла полураскрытия колонки по ее высоте, с подтверждением результатов данными натурных экспериментов.

© Колодяжный С. А., Колосова Н. В., Пузач С. В., 2017

134

1. Форма конвективной колонки, принимаемая в традиционных расчетах. На на-

чальной стадии развития пожара, в течение которой проводится массовая и наиболее эффективная эвакуация людей из горящего здания, параметры газовой смеси в объеме помещения распределены в отличие от других стадий пожара крайне неравномерно [4]. При этом весь объем помещения можно разбить на несколько зон, существенно отличающихся друг от друга характеризующими их состояние основными параметрами газовой среды. Именно на этой стадии для расчета динамики опасных факторов пожара удобно применить зонную математическую модель. В ходе развития пожара резко выраженное отличие характеристик газовой среды сглаживается, границы и количество зон изменяются, а при объемном пожаре газовую смесь в помещении можно рассматривать как одну зону.

Количество зон, на которые разбивается объем помещения, в общем случае может быть любым. В частности, интегральную математическую модель пожара можно рассматривать как однозонную. Количество и размеры выбираемых зон определяются целями проводимых исследований. Основным критерием при выборе зон является условие минимального различия полей различных параметров газовой смеси внутри каждой зоны.

Применение зонной модели позволяет устранить ряд недостатков, которые характерны для интегральной модели пожара. Так, разбиение всего объема помещения на отдельные зоны позволяет в каждой из зон более точно задать теплофизические свойства газовой среды, выбрать наиболее подходящие соотношения для определения отводимых в ограждающие данную зону поверхности стен, потолка пола тепловых потоков. Зонные модели позволяют применять закономерности теплового и гидродинамического влияния струйных течений при натекании на твердые поверхности с исследованием областей критической точки, ускоренного течения и автомодельного течения [1].

В то же время используемые зонные модели имеют некоторые недостатки и неточности. Так, в существующих методах расчета формы конвективной колонки приведены на рис. 1—3. Из рисунков видно, что во всех случаях применения зонного подхода в моделировании пожара конвективная колонка имеет форму правильного конуса с постоянным значением половины угла раскрытия до потолка помещения. Но в силу воздействия ограждающих строительных элементов конвективная колонка над очагом возгорания не является свободноконвективной струей в неограниченном пространстве, как представлено на рис. 1—3.

Рис. 1. Форма конвективной колонки по работе [2]

135

Научный журнал строительства и архитектуры

Поэтому для расчета параметров газовой смеси конвективной колонки необходимо провести дополнительные экспериментальные исследования, определяющие параметры колонки как в продольном, так и в поперечном направлениях. Как и в интегральной модели, в зонной внутри каждой выделенной зоны определение основных параметров газовой среды проводят с применением дополнительных уравнений, например, в зоне припотолочного слоя используются соотношения теплового и динамического пограничного слоя на поверхности перекрытия. Некоторые результаты можно получить с привлечением дифференциальной модели.

2. Трехзонная модель расчета массового и теплового обмена при горении. Наи-

более распространенной из зонных моделей является трехзонная, в которой весь объем помещения разделяется на три характерные зоны: конвективная колонка, припотолочный слой задымленной газовой смеси, холодный воздух [4]. Эта модель будет корректно описывать термогазодинамические процессы развития пожара, если очаг возгорания по размерам значительно меньше размеров всего помещения, что обычно и наблюдается в начальной стадии пожара.

Зонный подход к моделированию пожара обосновывается физической картиной его развития. После воспламенения горючих веществ над очагом возгорания образуются продукты горения, которые поднимаются вверх и тем самым формируют конвективную струю. Нагретая газовая смесь, достигая перекрытия, начинает растекаться по нему, образуя зону припотолочного слоя. С течением времени толщина припотолочного слоя увеличивается, и он начинает опускаться вниз, постепенно заполняя весь объем помещения.

Схема теплового и массового обмена для принятой трехзонной математической модели пожара представлена на рис. 4. В модели учитывается работа как вытяжной, так и приточной противодымной вентиляции, стрелками обозначены направления тепловых потоков и движения газовой среды.

Рассмотрение ограничим процессами, протекающими в первой, начальной, стадии развития пожара [4]. Под этой стадией подразумевается отрезок времени, в течение которого нагретая газовая смесь накапливается в зоне припотолочного слоя, а ее нижняя граница непрерывно опускается и достигает верхнего края дверного проема.

136

Во второй фазе нижняя граница зоны припотолочного слоя II опускается ниже верхнего края дверного проема, и нагретая смесь продуктов горения и воздуха начинает истекать наружу через дверной проем. До этого момента времени через дверной проем вытесняется лишь воздушная смесь из зоны холодного воздуха III.

I — зона конвективной колонки II — зона задымленного

припотолочного слоя III — зона холодного воздуха

Рис. 4. Схема теплового и массового обмена для трехзонной модели: 1 — стены; 2 — перекрытие; 3 — открытый проем; 4 — горючий материал;

5 — нижняя граница припотолочного слоя; 6, 7 — вытяжная и приточная противодымная вентиляция; 8 — точечный (фиктивный) источник горения; 9 — высота открытого пламени;

ψ — массовая скорость газификации горючего материала, кг/с;

Gвх, Gвых —массовыерасходыпоступающегонаружноговоздуха ивыталкиваемых наружупродуктов горения, кг/с; Wвх, Wвых — объемные расходы противодымной приточной и вытяжной вентиляции соответственно, м3/с; Qпр — тепловой поток, излучаемый наружучерез открытые проемы, Вт;

Qст1, Qст2, Qв, Qн — суммарные лучистые и конвективные тепловые потоки в стены ниже и выше нижней границы припотолочного слоя, в перекрытие (верх) и в пол (низ) соответственно, Вт;

γ — одна вторая угла раскрытия конвективной колонки, рад

При определении положения нижней границы припотолочной дымовой завесы предполагается, что противодымная приточная и вытяжная вентиляции не функционируют, в зоне припотолочного слоя открытых проемов не имеется. Вертикальную координату нижней границы зоны II можно определить из решения дифференциального уравнения, выражающего собой закон сохранения энергии в припотолочном слое [4]:

где — текущее время, с; zk — вертикальная координата нижней границы слоя, отсчитываемая от пола помещения, м; ρ0 — начальная плотность наружного воздуха, кг/м3; Fп — площадь поверхности потолка, м2; Gк — массовый расход газовой смеси из продуктов горения и воздуха в конвективной колонке, который поступает в припотолочный слой, кг/с; Qпож — тепловая мощность очага горения, Вт; ср — удельная изобарная теплоемкость газа,

137

Научный журнал строительства и архитектуры

Дж/(кг К); Т0 — начальная температура в помещении, К; φ — коэффициент тепловых потерь, определяемый соотношением

(Qст1 Qст2 Qв Qн Qпр)/Qпож .

Вначальный момент времени нижняя граница зоны припотолочного слоя совпадает с высотой h всего помещения, поэтому начальное условие при = 0

zk h.

В расчетах принимается, что удельные изобарные теплоемкости, а также газовые постоянные воздуха и газовой смеси продуктов горения с воздухом имеют одинаковые значения [4]. При численном решении уравнения (1) можно применить метод Рунге-Кутта четвертого порядка точности [3].

Значение среднеобъемной плотности газовой смеси в припотолочном слое определяется из дифференциального уравнения, выражающего собой закон сохранения массы в этом слое[4]:

где ρ2 среднеобъемная плотность газовой смеси припотолочного слоя, кг/м3; V2 — объем, занимаемый зоной припотолочного слоя, м3.

Определив среднеобъемную плотность, из уравнения состояния смеси идеальных газов [4] можно определить значение среднеобъемной температуры в зоне припотолочного слоя:

где р2 — давление в зоне припотолочного слоя, Па; R — газовая постоянная, Дж/(кг∙К); T2 среднеобъемная температура газовой смеси рассматриваемого слоя, К; р0 — атмосферное давление на уровне пола, Па.

3. Массовый и тепловой обмен в зоне конвективной колонки. Схема теплового ба-

ланса для элементарного объема в зоне конвективной колонки представлена на рис. 5.

При выводе соотношения для расчета распределения по высоте конвективной колонки массового расхода газовой смеси из продуктов горения, газификации и воздуха в уравнениях, выражающих собой законы сохранения энергии и импульса, применим «квазиодномерное» приближение при условии равномерного распределения тепловыделения по всей высоте пламенной зоны.

Выделяя внутри колонки элементарный объем высотой dz, согласно схеме, представленной на рис. 5, для газовой смеси в выделенном элементарном объеме уравнение закона сохранения энергии принимает вид

где — доля тепловой мощности очага горения, поступающая тепловым потоком из зоны конвективной колонки в ограждающие конструкции.

В соответствии с рис. 5 для задымленной газовой смеси высотой dz уравнение, выражающее собой закон сохранения импульса в выделенном объеме конвективной колонки, принимает вид

где z — вертикальная координата, отсчитываемая от поверхности горения, м; — средняя плотность по поперечному сечению колонки, кг/м3; wz — вертикальная составляющая

138

(вдоль оси z) средней скорости задымленной газовой среды в поперечном сечении колонки, м/с; p — давление в рассматриваемом сечении колонки, Па; g — ускорение свободного падения, м/с2.

1 — горючее вещество

2 — зона тепловыделения

Рис. 5. Схема массового и теплового обмена в элементарном объеме конвективной колонки: T — средняя температура смеси газов в поперечном сечении колонки, К;

G — массовый расход газовой смеси, проходящий через поперечное сечение конвективной колонки на высоте z, кг/с; zпл — высота зоны выделения тепла, м;

z0 — расстояние от поверхности горючего вещества до точечного (фиктивного) источника горения, м

В отличие от [7] в этой работе в уравнении (5) учитывается изменение расхода по высоте конвективной колонки.

При совместном интегрировании от 0 до текущей координаты z соотношений (4), (5) получим дифференциальное уравнение, определяющее распределение массового расхода по высоте конвективной колонки:

где p0 — давление на поверхности горючего вещества (z = 0) перед началом пожара, Па; F(z) — площадь поперечного сечения конвективной колонки на высоте z, м2; A, B, C— формальные размерные величины:

Распределение средней температуры по сечению колонки примем в соответствии с [4]:

139

Научный журнал строительства и архитектуры

В общем случае величина половины угла раскрытия конвективной колонки может зависеть и от высоты поперечного сечения колонки, и от выделяемой в очаге возгорания тепловой мощности:

Таким образом, представленные уравнения (6) — (8) позволяют при расчете термогазодинамических параметров пожара учитывать форму конвективной колонки.

Использовать приближение свободно конвективной струи возможно лишь до определенной высоты поперечного сечения конвективной колонки. Это подтверждают численные эксперименты с применением трехмерной полевой модели на примере помещения размером 30×24×26,3 м при тепловой мощности пожара Qпож = 1,3 МВт, проведенные в работе [6] и представленные на рис. 6.

Рис. 6. Массовый расход газовой смеси, рассчитанный с использованием аналитических формул и при численном эксперименте по полевой модели:

аналитические кривые: 1 — по формуле [4]; 2 — по формуле [15]; 3 — по уравнению (2); численный эксперимент [6]: 4 — в поперечных сечениях колонки;

5 — в поперечных сечениях всего помещения

Из графиков видно, что корректное применение приближения свободно конвективной струи (кривые 1 и 2) возможно до относительной высоты поперечного сечения z 0,4

(z z/h, h — высота помещения). Применение для расчета массового расхода газовой смеси через поперечное сечение конвективной колонки дифференциального уравнения (6) (кривая 3) дает результаты, которые совпадают с полученными по полевой модели. Последние физически более обоснованы, чем результаты, основанные на предположении распространения колонки неограниченной свободно конвективной струей [4, 13, 15, 17, 18, 20].

В работе [15] массовый расход газовой смеси в конвективной колонке на высоте z определяется по формуле

Рассмотрим величину относительного расхода:

G Gh /Gz* ,

где Gh — массовый расход на высоте потолка помещения, определяемый равенством (9) при z = h, кг/с; Gz* — расход на высоте z*, начиная с которой принимаемое в равенстве (9) посто-

140