Основные положения зонного моделирования пожаров

Введение
1. Зонное моделирование пожаров
2. Моделирование пожаров в зданиях в системе подготовки специалистов пожарной безопасности
Заключение
Список использованной литературы

Основные положения зонного моделирования пожаров

В обеих моделях здание рассматривается как совокупность помещений, соединенных друг с другом проемами (дверями). Помещения также могут иметь проёмы (окна) наружу. Проемы обеспечивают перетекание горячего задымленного воздуха из помещения с источником огня в другие помещения, а также из здания в атмосферу.Сравнение двух типов моделей необходимо, прежде всего, в части расчета температуры воздуха. Перетекание воздуха, и вместе с ним дыма, из горящего помещения в соседние помещения является вторичным явлением. Ведь движение воздуха порождается разностью давлений, которая в свою очередь возникает из-за разности температур. Если результаты расчета температуры воздуха по двум моделям не будут, хотя бы приблизительно, совпадать, проверять совпадение результатов расчетов распространения дыма вряд ли имеет смысл.Однако, сравнение расчетов температуры для двух разных моделей имеет методическую трудность. Интегральная модель дает для всего помещения одну температуру воздуха, а зонная - две: для нижней зоны и для верхней. Ясно, что единая для помещения температура воздуха, рассматриваемая в интегральной модели, в действительности является средней температурой. Но только не средним арифметическим двух значений температуры, а средним с весовыми коэффициентами. Если верхняя зона имеет, к примеру, меньшую массу, чем нижняя, то и вклад ее в среднюю температуру меньше, чем вклад нижней зоны.Поскольку температура является показателем количества внутренней энергии газа, рассматривать надо, в сущности, не температуру, а внутреннюю энергию. Это удобнее потому, что внутренняя энергия - величина аддитивная: внутренняя энергия всего воздуха в помещении равна сумме внутренних энергий нижней и верхней зон.Очевидно, что начинать сравнение двух типов моделей необходимо с самого простого случая: пожара в полностью закрытом помещении. Этот случай не осложнен потоками энергии и массы через проемы и соответствует наиболее легкому и «чистому» с точки зрения физики процессов варианту расчета. Если модели не будут иметь какого-то сходства даже в таком простом случае, то сравнивать их на более сложных примерах незачем.Для моделирования пожара было выбрано помещение в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами основания 10*7 м2 и высотой 3 м, что примерно соответствует размерам школьного класса. Пожар задавался действующим на уровне пола в течение 20 минут источником тепла мощностью 100 кВт (горение метана с расходом 0.002 кг/с.). Было принято, что 67% теплоты сгорания передается воздуху непосредственно, а 33% расходуется пламенем на тепловое излучение. В этом примере, для простоты, было принято, что пожар в помещении протекает адиабатически, то есть теплоотвод в стены, пол и потолок отсутствует.Кроме тепла в помещение поступают продукты сгорания метана: углекислый газ и водяной пар в количестве, пропорциональном количеству сгоревшего топлива.Расчет температуры с помощью интегральной модели.Система обыкновенных дифференциальных уравнений (2) - (3) с привлечением уравнения (1) и уравнения состояния идеального газа, в совокупности с начальными условиями представляет собой задачу Коши. Расчеты изменения температуры воздуха и содержания в нем примесей произво-дилисьпутем численного интегрирования этой системы уравнений методом Рунге-Кутта 4-го порядка. Уравнения интегрировались по времени с шагом 10-4 сек. Малый шаг обеспечивал достаточную вычислительную устойчивость схемы.Результаты интегрирования достаточно просты, если не сказать банальны, и показаны на рисунке 1.Рис. 1. Зависимость температуры воздуха от времени, полученная с помощью интегральной модели.Расчеты показывают, что, пока происходит горение, температура воздуха линейно растет со скоростью 22 градуса в минуту. Это и неудивительно, так как теплота от выбранного идеализированного источника поступает в воздух в постоянном темпе. После выключения источника теплоты, температура воздуха остается постоянной, поскольку теплоотдача в стены помещения принята нулевой.При начальной температуре воздуха 20 оС, время достижения критической для человека температуры (70оС) для рассмотренного случая - чуть больше двух минут (13б секунд). Максимальное достигнутое за 20 минут горения интегральное значение температуры составляет 45боС. Расчет температуры с помощью зонной модели . Для того же самого примера расчеты были выполнены и с помощью программы CFAST, реализующей зонную модель Её зависимость от времени показана на рисунке 2.Рис. 2. Зависимость средней температуры воздуха от времени, полученная с помощью зонной модели.Согласно расчетам, поведение средней температуры существенно отличается от результата, полученного для интегральной модели. Очень интересен эффект «насыщения».