Прогнозирование опасных факторов пожара в складском помещении

Размещено на http://www.allbest.ru/



Оглавление

пожар складской математический время

1. Исходные данные

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в складском помещений

3. Результаты расчетов динамики ОФП

4. Описание обстановки на пожаре в моменты времени =11 мин и =20 мин

Список литературы



1. Исходные данные

Складское помещение расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича.

Размеры складского помещения в плане:

ширина - 12 м,

длина - 24 м,

высота - 4,2 м.

В наружных стенах складского помещения имеется 6 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края оконного проема Yн=0,8 м. Расстояние от пола до верхнего края оконного проема Yв=2,6 м. Ширина каждого оконного проема в=3 м, суммарная ширина оконных проемов в=18 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении Тm=350С.

Складское помещение имеет 2 дверных проема высотой 2,4 м и суммарной шириной в=3,6 м. При пожаре эти дверные проемы открыты.

Полы мраморные. Горючий материал представляет собой лен. Значение коэффициента г=90%.

Площадь пола, занятая горючим материалом,

м2,

где Sпола=l1*l2 - площадь пола.

Общая масса горючего материала при Р=36 кг/м2

М0=Р0*Sгм= 36*259,2=9331,2 кг.

Горение начинается в центре прямоугольной площадки, которую занимает ГМ. Размеры этой площадки

22,8 м

11,4 м.

Свойства ГМ характеризуются следующими величинами:

теплота сгорания Qн=15,7 МДж/кг;

удельная скорость выгорания кг/м2ч;

скорость распространения пламени по поверхности горючего материала Vпл=14 м/с;

дымообразующая способность D=3,37 Нп/м;

потребление кислорода LO2=1,83 кг/кг;

выделение диоксида углерода LСO2=0,36 кг/кг;

выделение оксида углерода LСO=0,0039 кг/кг;

Отопление центральное, водяное. Складское помещение не имеет механической системы дымоудаления, люки для удаления дыма отсутствуют.

Внешние атмосферные условия:

давление на уровне Y=h Ра=760 мм. рт. ст.=101300 Па;

температура наружного воздуха Тв=250 К;

ветер отсутствует.

Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром такие же, как у наружного воздуха.

Начальные условия внутри помещения перед пожаром (при ):

Тm0=250 К;

Р m0=101300 Па;

m=0;

Х m(О2)=0,23;

Х m(СО2)=0;

Х m(СО)=0;

m0= Р m0/(RT m0).

2. Описание интегральной математической модели свободного развития пожара в магазине тканей

Согласно исходным данным 1 следует положить, что Gпр=0, Gвыт=0, Gов=0, Qо=0, где Gпр и Gвыт - расходы приточного и вытяжного вентиляторов; Gов - расход газообразного огнетушащего вещества, Qо - тепловой поток, излучаемый системой охлаждения (отопления).

Для пожара при заданных условиях можно принять в уравнении энергии

т.е. внутренняя энергия среды в помещении при пожаре практически остается неизменной.

С учетом сказанного, система основных уравнений имеет вид:



где - среднеобъемная плотность,

- среднеобъемная температура,

- среднеобъемное давление,

- среднеобъемная оптическая плотность дыма,

_=Xm/L - приведенная среднеобъемная концентрация продукта горения,

XO2 - среднеобъемная концентрация кислорода,

V - объем помещения.

Для прогнозирования может быть использована интегральная математическая модель пожара, которую реализует программа INTMODEL, разработанная на кафедре ИТ и Г МИПБ МВД России. В этой программе для численного решения системы дифференциальных уравнений использован метод Рунге-Кутта-Фелобера 4-5 порядка точности с переменным шагом.

3. Результаты расчетов динамики ОФП

Для расчетов на базе INTMODEL использовался компьютер IBM PC-486 DX4/100.

Для введения исходных данных в компьютер нужно выбрать пункт “Данные” главного меню.

Режим редактирования позволяет изменить численные значения исходных параметров. Для их ввода используются цифровые клавиши. После загорания всех исходных данных необходимо вернуться в главное меню и выбрать пункт “Счет”. После этого программа переходит в режим счета. Счет прекращается, если получит команду об остановке или “выгорит” весь горючий материал.



Таблица 1

Время мин	Температура С	Задымление Нп/м	Концентрация СО, %	Концентрация СО2, %	Плотность газа	Нейтральная плоскость, м	Концентрация О2, %	Площадь пожара, м2
1	19	23	0	0	0	1,2095	1,2	0
2	20	22,981	0,002	0	0,006	1,2062	-1,87	4,34
3	26	22,828	0,014	0,001	0,053	1,1814	-3,74	17,38
4	43	22,367	0,048	0,002	0,194	1,1172	-4,75	39,09
5	76	21,394	0,115	0,006	0,493	1,0133	-4,88	69,32
6	126	19,675	0,258	0,012	1,032	0,885	-3,77	107,25
7	185	17,183	0,687	0,021	1,87	0,7717	-0,97	149,9
8	220	14,564	1,977	0,033	2,904	0,7163	0,65	191,7
9	220	12,624	4,527	0,045	3,905	0,7159	1,22	230,81
10	204	11,386	7,986	0,055	4,787	0,7406	1,42	267,47
11	185	10,589	11,805	0,064	5,558	0,7721	1,46	301,63
12	167	10,039	15,629	0,072	6,244	0,8031	1,45	333,42
13	152	9,63	19,286	0,079	6,867	0,8313	1,42	363,18
14	139	9,309	22,708	0,085	7,443	0,8564	1,38	391,24
15	129	9,045	25,872	0,092	7,982	0,8784	1,35	417,85
16	120	8,823	28,779	0,098	8,492	0,8978	1,32	443,25
17	113	8,63	31,441	0,103	8,977	0,915	1,3	467,59
18	107	8,462	33,872	0,108	9,44	0,9302	1,28	491,01
19	101	8,312	36,09	0,114	9,886	0,9438	1,26	513,63
20	96	8,177	38,111	0,118	10,316	0,956	1,24	535,53
21	92	8,055	39,954	0,123	10,732	0,9671	1,22	556,8
22	89	7,944	41,634	0,128	11,135	0,977	1,21	577,49
23	85	7,842	43,165	0,132	11,527	0,9861	1,2	597,66
24	82	7,748	44,561	0,137	11,909	0,9944	1,18	617,36
25	80	7,66	45,835	0,141	12,281	1,002	1,17	636,63
26	77	7,579	46,998	0,145	12,645	1,009	1,16	655,51
27	75	7,503	48,06	0,149	13,001	1,0154	1,16	674,02
28	73	7,432	49,03	0,153	13,349	1,0214	1,15	692,19
29	71	7,365	49,917	0,157	13,69	1,0269	1,14	709,95
30	69	7,302	50,726	0,161	14,025	1,032	1,13	726,1
35	61	7,002	54,173	0,182	15,886	1,057	1,11	807,52
40	57	6,81	55,59	0,199	17,288	1,0694	1,08	864,12
45	55	6,667	56,341	0,213	18,57	1,0784	1,06	914,7
50	52	6,554	56,767	0,227	19,758	1,0853	1,05	961,11
55	51	6,461	57,036	0,24	20,867	1,0905	1,05	1004,39
60	50	6,383	57,243	0,252	21,908	1,0946	1,04	1045,23

(ОФПnред-ОФПHач)= (ОФПсред-ОФПHач)Z

а) Предельная температура газовой среды на уровне рабочей зоны 70С, тогда среднеобъемная температура равна:

на 3-й минуте.

кг/м3.

б) Пороговая температура для тепловых извещателей, установленных на потолке над факелом пламени 140С. Тогда среднеобъемная температура равна

С на 2-ой минуте.

в) Предельная температура для ЭВМ (на высоте 1 м от пола, в центре помещения) 160С, тогда среднеобъемная температура равна

С - не достигается.

г) Критическая дальность видимости на уровне рабочей зоны l=20 м

м. Нп/м. Тогда Нп/м достигается на 7-ой минуте.

д) Предельная парциальная плотность О2 равна кг/м3, а среднеобъемная кг/м3. достигается на 6-ой минуте.

е) Предельная парциальная плотность СО для безопасности эвакуации

кг/м3, а среднеобъемная равна кг/м3 - достигается на 6-ой минуте.

ж) Предельная парциальная плотность СО2 для безопасности эвакуации кг/м3, а среднеобъемная равна кг/м3 - достигается на 7-ой минуте.

з) Предельная температура газовой среды на уровне рабочей зоны:

(ОФПnред-ОФПHач)= (ОФПсред-ОФПHач)Z

ОФПn=(70-19)*0,42+19=40,5°С

и) Для перевода значений среднеобъемных ОФП в локальные воспользуемся формулами: Тxy= Тcр[0.8+0.2 (Y/Y0)]*[1.33-X/(2X-X0)]

Пороговая температура для тепловых извещателей, установленных на потолке над факелом пламени =140 C

C наступит на 3-й минуте пожара

Критическая температура для ЭВМ на высоте 1 м от пола в центре помещения Z=h/H *exp 1,4(h/H)=0,21

Тср=((160-19)/0,21)+19=690С данная температура не будет достигнута

Пороговое значение оптической плотности дыма для извещателей ДИП-3 (ИП-212-5), установленных на потолке над факелом пламени

Z=0,42

Нп/м - наступит на 7-й минуте

Предельная парциальная плотность ХО2 для безопасности эвакуации

ХО2=0,226 кг/м

№ п/п	Название и величина порогового значения	Время достижения, мин
1	Критическая температура для остекления tкр=350С	Не достигается
2	Пороговая температура для тепловых извещателей ИП-103-1, tкр=140С	3
3	Максимальная среднеобъемная температура газовой среды Тm=220+273=493 К	11
4	Предельная парциальная плотность СО для безопасности эвакуации кг/м3	Не достигается
5	Предельная парциальная плотность СО2 для безопасности эвакуации кг/м3	Не достигается
6	Пороговое значение оптической плотности дыма для извещателей ИП-212-5	3
7	Предельная парциальная плотность О2 ХО2=0,226 кг/м	6
8	Критическая температура для ЭВМ tкр=160С	Не достигается
9	Предельная температура газовой среды tкр=70С	7
10	Критическая дальность вдимости на уровне рабочей зоны l=20 м	15

4. Описание обстановки на пожаре в момент времени =11 мин

Площадь пожара составляет 224,2 м2

Средняя температура в помещении 768 К

Среднее задымление, дальность видимости в помещении 5,11 м

Концентрация кислорода достигает 11,5%

Концентрация оксида углерода достигает 0,047%

В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток дымовых газов, плоскость равных давлений находится на высоте 0,7 м от пола.

Описание обстановки на пожаре в момент времени =20 мин

Площадь пожара составляет 259,01 м2

Средняя температура в помещении 771 К

Среднее задымление, дальность видимости в помещении 4,58 м

Концентрация кислорода достигает критического значения 11,225%

Концентрация оксида углерода достигает 0,05%

В верхней части дверного проема имеет место выходящий поток дымовых газов, плоскость равных давлений находится на высоте 1,18 м от пола

Исходные условия для ИРКР, результаты расчетов и итоги исследования

ИРКР №1

Определить изменение положения РД и дальность видимости, если в процессе пожара будут открыты дополнительные проемы (Yв=2,6 м).

ПРД, м	0,77	0,93	0,94	1,41	1,40	1,40	1,39	1,39	1,38	1,38	1,38	1,38
Время, мин	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Дальность видимости	26,83	26,83	26,83	17,09	9,62	5,86	5,44	5,11	4,85	4,85	4,66	4,49
Время, мин	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14



Схема газообмена в момент времени =11 мин.

ИРКР №6

Определить критическую продолжительность по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне) по формулам, приведенным на стр. 16-17 ГОСТ 12.1.004 - 91 “Пожарная безопасность. Общие требования”.

Значение коэффициента теплопотерь принять равным 0,55.

Дать сравнительный анализ полученных данных с результатами расчетов динамики ОФП на базе ИММП.

Определение критической продолжительности пожара по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей производится для наиболее опасных вариантов развития пожара, характеризующихся наибольшим темпом нарастания ОФП в рассмотренном помещении.

Сначала рассчитываем значения критической продолжительности пожара () по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей.

по повышенной температуре: ;

по потере видимости:

по пониженному содержанию кислорода:

по повышенному содержанию СО и СО2:

где:

В - размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания льна и свободного объема помещения, кг;

t0 - начальная температура воздуха в помещении, t0=19°С;

n - показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего льна во времени, n=3;

А - размерный коэффициент, учитывающий удельную массовую скорость выгорания льна и площадь пожара, кг/с-1;

Z - безразмерный показатель, учитывающий неравномерное распределение ОФП по высоте помещения;

Q - низшая теплота сгорания материала, Q=15,7 МДж/кг;

Ср - удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/кгК;

- коэффициент теплопотерь, =0,55;

- коэффициент теплоты горения, =1;

- коэффициент отражения предметов по путям эвакуации, =0,3;

Е - начальная освещенность, Е=50 лк;

lпр - предельная дальность видимости, lпр=20 м;

Dm - дымообразующая способность льна, Dm=3,37 Нп/м;

L - удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг льна, Lсо=0,0039 кг/кг, LСО2=0,36 кг/кг;

Х - предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, ХСО=0,11*10-3 кг/м3, ХСО2=1,16*10-3 кг/м3;

LO2 - удельный расход кислорода, LO2=1,83 кг/кг.

Дополнительный расчет исходных данных :

А=1,05V2f=1,05*0,0142*1,27=0,0026 кг/с,

где V - линейная скорость распространения пламени, f - удельная массовая скорость выгорания.

0,42

Расчет tкр для каждого ОФП:

по повышенной температуре:

по потере видимости:

по пониженному содержанию О2:

по содержанию оксида углерода: т.к. под знаком логарифма получилось отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

по содержанию диоксида углерода: , т.к. под знаком логарифма получилось отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

В процессе выполнения были получены следующие результаты:

по содержанию кислорода: 13,4 мин,

по повышенной температуре: 14,76 мин,

по потере видимости: 6,39 мин,

по содержанию оксида углерода: -

по содержанию диоксида углерода: -

Таким образом, критическая продолжительность пожара 6,39 мин.

ИРКР №8

Определить необходимое время эвакуации людей из складского помещения: t=0,8tкр/60=0,8*6,39=5,38 мин.

№ п/п	Опасный фактор пожара	Критическая продолжительность пожара
		ИММП	ИРКР	Сравнение
1 2 3 4	Критическая температура Потеря видимости Пониженное содержание кислорода Предельная концентрация СО и СО2	26 мин ( 70°С) 15 мин, (0,011 Нп/м) 16 мин	14,76 мин 6,73 мин 13,4 мин -	Недостаточно высокое Соразмерное Недостаточно высокое

Таким образом, наблюдается различие результатов, полученных на базе ИММП с данными ИРКР. К такому различию привели неверные допущения о том, что воздух в помещение не поступает и что величина скорости выгорания может не учитываться в материальном балансе пожара.



Литература

1. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. М., ВИПТШ МВД СССР, 1987

2. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С. Лабораторный практикум по курсу “Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях”. М., ВИПТШ МВД РФ, 1997

3. Повзик Я.С., Артемьев Н.С. Методические указания к выполнению курсовой работы и упражнений по курсу “Пожарная тактика”. М., ВИПТШ МВД СССР, 1985

4. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Производственная и пожарная автоматика”, ч. 2. М., ВИПТШ МВД РФ, 1992

5. Кошмаров Ю.А.и др. Термогазодинамика пожаров в помещениях. М., Стройиздат, 1988

6. Дроздейл Д. Введение в динамику пожаров. М., Стройиздат, 1990

7. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. М., ВИПТШ МВД СССР, 1980

Размещено на Allbest.ru

...