Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на 11 минуте развития пожара

Реферат

 

Курсовая работа содержит 19 страниц, 2 ринка, 2 таблицы, 6 использованных источников.

Ключевые слова: токсичные газы, оптические свойства газовой среды, проемы, строительные конструкции, концентрация, задымление

Цель работы – является изучение принципов и методов математического описания, взаимосвязанных термогазодинамических процессов, характеризующих в целом пожар в помещении (здании, сооружении) как сложное физическое явление, при котором наряду с выделением тепловой энергии (вследствие горения) изменяется со временем температура газовой среды и содержание кислорода в помещении, образуются токсичные газы, в результате задымления меняются оптиские свойства газовой среды, происходит газообмен помещения внешней атмосферой (или со смежными помещениями) через проемы и прогреваются строительные конструкции.

       Результатом данной курсовой работы является углублены знания в области математического моделирования динамики ОФП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………...5

1 Исходные данные………………………………….………………………….6

2  Описание интегральной математической модель развития пожара….…….9

3 Время достижения пороговых и критических значений ОФП. Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещения……………………….11        

    3.1 Необходимое   время   эвакуации   из   помещения   по   данным математического моделирования. Свободное развитие пожара…………………..11       

   3.2 Расчет необходимого времени эвакуации из помещения………………12

4  Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на 11 минуте развития пожара………………………………………..…14

Заключение……………………………………………………………………...17

Список использованной литературы …………………………………………19      

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Расчет пожара (прогнозирование  опасных факторов) необходим для оценки своевременности эвакуации и разработке мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения (планирования боевых действий пожарных подразделений при пожаре), для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.

В развитии пожара в помещении  обычно выделяют три стадии:

- начальная стадия - от  возникновения локального неконтролируемого  очага горения до полного охвата помещения пламенем; при этом средняя температура среды в помещении имеет не высокие значения, но внутри и вокруг зоны горения температура такова, что скорость тепловыделения выше скорости отвода тепла из зоны горения, что обуславливает само ускорение процесса горения;

- стадия полного развития  пожара - горят все горючие вещества  и материалы, находящиеся в помещении; интенсивность тепловыделения от горящих объектов достигает максимума, что приводит и к быстрому нарастанию температуры среды помещения до максимальных значений;

- стадия затухания  пожара - интенсивность процесса  горения в помещении снижается из-за расходования находящейся в нём массы горючих материалов или воздействия средств тушения пожара.

Однако в любом случае, как показывает уравнение «стандартного пожара», температура в очаге пожара через 1,125 мин достигает значения 365оС. Поэтому очевидно, что возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.

 

 

1.Исходные данные

Исходное  помещение расположено в одноэтажном  здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. В этом здании наряду с заготовительным цехом имеется цех сборки. Заготовительный отделен от цеха сборки противопожарной стеной.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. План здания и разрез заготовительного цеха по А-А

I - заготовительный цех; II - цех сборки;

1 - дверной проем; 2 - оконные  проемы;

* - место возгорания  ГН, принятое при моделировании  ситуации на пожаре

 

Размеры цеха предприятия по заготовке льна:

  длина l₁ =  30  м;

ширина 1₂ =   12 м;

высота H =  3,6  м.

В наружных стенах заготовительного цеха имеется 10 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y_н = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края проема Y_е =   2,4  м. Ширина каждого оконного проема в =  1,2м. Суммарная ширина оконных проемов ∑в = 12 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычною стекла. Остекление разрушается при средне объемнoй температуре газовой среды в помещении, равной 300 °К.

В противопожарной стене  имеется дверной проем шириной  3  м и высотой  3 м. Этот проем защищен противопожарными дверями. При пожаре этот проем закрыт.

Заготовительный цех  имеет один дверной проем, соединяющий  цех с наружной средой. Его ширина равна  3 м. Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y_в =  3  м. Расстояние от пола до нижнего края дверного проема Y_н =  0   м. При пожаре этот дверной проем открыт, т.е. температура вскрытия 15 °С.

Полы бетонные с асфальтовым покрытием.

Горючий материал представляет собой льняные заготовки, сложенные в пакеты. Доля площади, занятая ГН  φ = 90%. Площадь пола, занятая ГН находится по формуле :

S_гм = φ*Sпол / 100   = 324 м²

S_пол = l₁ * l₂ = 360 м²

Количество ГН на 1 м² Р₀=36 кг/м². Общая масса горючего материала

M₀ = P_0*S_гм = 11664 кг

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

площадки:

L_1г = 0,1* l_1г* _г = 28,46 м

L_2г= 0.1 *l_2г * _г = 11,38м

Свойства ГН характеризуются следующими величинами:

Теплота сгорания…………………………………………….…15.7 МДж/кг

Удельная скорость выгорания……………………………………..21*10^-3 кг/с м²

Скорость распространения  пламени по поверхности ГН…….……….0,004 м/с

Дымообразующая способность…………………………………….3.37 Нп м²/кг

Потребление кислорода……………………………………..…………..1,83 кг/кг

Выделение СО₂ ………………………………………………………….0.36 кг/кг

Выделение СО…………………………………………………..……0,0039 кг/кг

Вентиляция в заготовительном  цехе принудительная, осуществляемая через дверные и оконные проемы. Отопление центральное водяное.

Внешние атмосферные  условия: 

Ветер отсутствует, температура  наружного воздуха   273⁰К  , давление (на уровне Y=h) 760 мм.рт.ст. Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром:

Т_м0 =288⁰ К

Р_м0 = 760 мм.рт.ст. = 101.3 КПа

𝝁_м = 0 Нп/м

Х_мО2 =0,23

Х_{м СО} = 0

Х_{м СО2} =0

Ρ_m0 = P_m/R _* T_m0

2 вариант расчетов. В цехе имеется вытяжная вентиляция с автоматической системой удаления

 дыма  со следующими  характеристиками:

                        вытяжка………..30  м³/ч

                        приток………….30 м³/ч

  Время включения  противодымной механической вентиляции  – 3 минуты с начала горения.

3 вариант расчетов. В цехе имеется приточно-вытяжная вентиляция с автоматической системой удаления      дыма со следующими характеристиками:

                        вытяжка………30 м³/ч

                        приток………...30 м³/ч

Время включения противодымной  механической вентиляции – 3 минуты с  начала горения.

А также система автоматического  пожаротушения со следующими характеристиками:

Огнетушащее вещество –  азот;

Запас огнетушащего вещества – 30 кг;

Скорость подачи огнетушащего вещест……………………….30 кг/ч

Начальная температура огнетушащего вещества………………..18⁰С

Удельная теплоемкость огнетушащего вещества………...1051 Дж/(кг_*К)

Время включения систем пожаротушения – 5 минут от горения.

 

 

 

2 Описание интегральной математической модели развития пожара

 

Интегральная математическая модель пожара в помещении разработана  на основе уравнений пожара. Эти  уравнения вытекают из основных законов  физики – закона сохранения веществ, первого закона термодинамики для открытой системы, и включают в себя:

Уравнение материального  баланса газовой среды в помещении  M = V_* ρ_m

V(dρ_m / dτ) = G_в + ψ + G_г

Где V – объем помещения, м³; ρ_m - среднеобъемная плотность газовой среды, кг/м³; τ -  время, с; G_в и G_г      - массовые расходы поступающего в помещение воздуха и уходящих из помещения газов, кг/с;        - массовая скорость выгорания ГН, кг/с.

Уравнение баланса кислорода  V_*ρ₁:

V_*dρ₁/dτ = x_1вG_в – x₁n₁G_г – ψL₁η

Где x₁ – среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; x_1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n₁ – коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах x_1г от среднеобъемного значения x₁, n₁= x_1г/ x₁; L₁ - -скорость потребления кислорода при горении;     - парциальная плотность кислорода в помещении.

Уравнение баланса продуктов  горения V_*ρ₂:

V_*dρ₂/dτ = ψL₂η – x₂n₂G_г

Где x₁ – среднеобъемная концентрация i-го продукта горения; L₁ - -скорость выделения i-го продукта горения (СО, СО₂); n₁ – коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-го продукта в уходящих газах x_1г от среднеобъемного значения x_i, n_i= x_iг/ x_i; ρ₂ - парциальная плотность продуктов горения в помещении;

Уравнение баланса оптического  количества дыма в помещении  V_*𝝁_m:

V_*d𝝁_m/dτ = Dψ – 𝝁_mn₄G_г/ρ_m – 𝝁_mk_cS_w

Где  𝝁_m  - среднеобъемная оптическая плотность дыма; D – дымообразующая способность ГН; n₄ - коэффициент, учитывающий отличие концентрации дыма в уходящих из помещения нагретых газов от среднеобъемной оптической концентрации дыма, n₄ =𝝁_mг/𝝁_m

Уравнение баланса энергии U:

dU/dτ = η ψ + i_гψ + С_рв Т_вG_в – С_рТ_mG_г -Q_w

Где Р_m – среднеобъемное давление в помещении, Па; С_pm, Т_m – среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении;   - низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; С_pв, Т_в – изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; i_г – энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m – коэффициент, учитывающий отличие температуры Т_г и изобарной теплоемкости С_рг уходящих газов от среднеобъемной температуры Т_m и среднеобъемной изобарной теплоемкости С_рm,

m = C_pгT_г/С_рmT_m ; η - коэффициент полноты сгорания ГН;  Q_w - тепловой поток в ограждение, Вт.

Среднеобъемная температура  Т_m связана со среднеобъемным давлением Р_m и плотностью ρ_m уравнением состояния газовой среды в помещении:

P_m = ρ_mR_mT_m

Уравнение материального  баланса пожара с учетом работы приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а  так же работы системы объемного тушения пожара инертным газом примет следующий вид:

V_*dρ_m/dτ = ψ + G_в – G_г + G_пр – G_выт + G_ов

Где  G_пр  и G_выт - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг/с;  G_о - массовая подача огнетушащего вещества, кг/с.

 

3 Время достижения пороговых и критических значений ОФП. Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещения

 

Согласно ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования», необходимым временем эвакуации считается минимальное время достижения одним из опасных факторов пожара своего критического значения.

 

3.1 Необходимое время эвакуации из помещения по данным математического моделирования. Свободное развитие пожара

 

Таблица 1. Время достижения пороговых значений ОФП

№ п/п	Название и величина порогового значения опасного фактора пожара	Время достижения, мин
1	Критическая температура  для остекления t=3000C	-
2	Пороговая температура  для тепловых извещателей ИП-103-1 tпорог=1400С	7
3	Максимальная среднеобъемная температура газовой среды  Tm = 286+273К=559К	24
4	Предельная парциальная  плотность двуокиси углерода для безопасной эвакуации (ρmXсо2)пред=( ρсо2)пред = 0,11кг/м3	-
5	Предельная парциальная  плотность оксида углерода (ρmXсо)пред=( ρсо)пред = 1,16*10 -3кг/м3	-
6	Пороговое значение оптической плотности дыма для извещателей ДИП-3 (ИП 212-5) μпор = 0,11 Нп/м	10,8
7	Предельная концентрация кислорода Хо2=14%	11
8	Критическая температура  для ЭВМ tкрит=1600С	7,6
9	Предельная температура  газовой среды t = 700С	5
10	Критическая дальность  видимости lкр = 20м	10,8