МЧС РОССИИ

Федеральное Государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Уральский институт Государственной противопожарной службы

Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны,

чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий»

Кафедра физики и теплообмена

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в складском помещении

Вариант №35

Выполнил:

слушатель учебной группы З-461

старший лейтенант внутренней службы Иванов И.И.

Проверил:

старший преподаватель кафедры

физики и теплообмена, к.п.н., капитан внутренней службы

Субачева А.А.

Екатеринбург

на выполнение курсовой работы

по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара»

Слушатель Иванов Иван Иванович

Вариант №35 Курс 4 Группа З-461

Наименование объекта: склад хлопка в тюках

Исходные данные

Блок атмосфера
давление, мм. рт. ст.		температура, 0 С
Блок помещение
		высота, м
ширина, м		температура, 0 С
проем 1 - штатный (дверь)
нижний срез, м		Ширина, м
верхний срез, м		вскрытие, 0 С
проем 2 - штатный (окна)
Ширина, м		нижний срез, м
вскрытие, 0 С		верхний срез, м
вид горючего материала	хлопок в тюках	дымовыделение Нп*м 2 /кг
		выделение СО, кг/кг
ширина, м		выделение СО 2 , кг/кг
количество ГН, кг		удельная скорость выгорания, кг/м 2 *с
выделение тепла МДж/кг		скорость распространения пламени, м/с
потребление кислорода кг/кг

Срок сдачи: «____»__________

Слушатель____________________ Руководитель_______________

1. Исходные данные

Помещение пожара расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. В здании наряду с помещением склада находятся два рабочих кабинета. Оба помещения отделены от склада противопожарной стеной. План объекта приведен на рисунке 1.

(Требуется проставить на схеме размеры помещения и расчетную массу горючей нагрузки согласно своему варианту!)

Рис. 1. План здания

Размеры склада:

длина l 1 = 60 м;

ширина l 2 = 24 м;

высота 2h = 6 м.

В наружных стенах помещения склада имеется 10 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y H = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края проема Y B = 2,4 м. Суммарная ширина оконных проемов = 24 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300°С.

Помещение склада отделено от рабочих кабинетов противопожарными дверьми, ширина и высота которых 3 м. При пожаре эти проемы закрыты. Помещение склада имеет один дверной проем, соединяющий его с наружной средой. Ширина проема равна 3,6 м. Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y в = 3, Y н =0. При пожаре этот дверной проем открыт, т.е. температура вскрытия 20 0 C.

Полы бетонные, с асфальтовым покрытием.

Горючий материал представляет собой хлопок в тюках. Доля площади, занятая горючей нагрузкой (ГН) = 30%.

Площадь пола, занятая ГН, находится по формуле:

где? площадь пола.

Количество горючего материала на 1 Р 0 = 10. Общая масса горючего материала.

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

Свойства ГН характеризуются следующими величинами:

теплота сгорания Q = 16,7 ;

выделение оксида углерода = 0,0052 .

Механическая вентиляция в помещениях отсутствует. Естественная вентиляция осуществляется через дверные и оконные проемы.

Отопление центральное водяное.

Внешние атмосферные условия:

ветер отсутствует, температура наружного воздуха 20 0 C = 293 К

давление (на уровне Y=h) Р а = 760 мм. рт. ст., т.е. = 101300 Па.

Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром :

Т = 293 К (согласно выбранному варианту);

Р = 101300 Па;

Другие параметры:

критическая температура для остекления? 300 о С;

материал ограждающих конструкций - железобетон и кирпич;

температура воздуха в помещении - 20 о С;

автоматическая система пожаротушения? отсутствует;

противодымная механическая вентиляция? отсутствует.

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

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

уравнение материального баланса газовой среды в помещении:

V(dс m /dф) = G B + ш - G r , (1)

где V - объем помещения, м 3 ; с m - среднеобъемная плотность газовой среды кг/м 3 ; ф - время, с; G B и G r - массовые расходы поступающего в помещение воздуха и уходящих из помещения газов, кг/с; ш - массовая скорость выгорания горючей нагрузки, кг/с;

уравнение баланса кислорода:

Vd(p 1)/dф = x 1в G B - x 1 n 1 G r - ш L 1 Ю, (2)

где x 1 - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; х 1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n 1 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах х 1г от среднеобъёмного значения x 1 , n 1 = х 1г /x 1 ; L 1 - скорость потребления кислорода при горении, p 1 - парциальная плотность кислорода в помещении;

уравнение баланса продуктов горения:

Vd(p 2)/dф = ш L 2 Ю - x 2 n 2 G r , (3)

где X i - среднеобъемная концентрация i-гo продукта горения; L i - скорость выделения i-гo продукта горения (СО, СО2); n i - коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-гo продукта в уходящих газах x iг от среднеобъёмного значения x i , n i = x iг /х i ; р 2 - парциальная плотность продуктов горения в помещении;

уравнение баланса оптического количества дыма в помещении:

Vd ()/d =Dш - n 4 G r / р m - к c S w , (4)

где - среднеобъемная оптическая плотность дыма; D - дымообразующая способность ГМ; n 4 - коэффициент, учитывающий отличие концентрации дыма в уходящих из помещения нагретых газах от среднеобъемной оптической концентрации дыма, n4= м mг /м m ;

уравнение баланса энергии U:

dU/dф = Q p н ш + i г ш + С рв Т в G в - С р Т m m G r - Q w , (5)

где P m - среднеобъемное давление в помещении, Па; С рm , Т m - среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении; Q p н - низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; С рв, Т в - изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; i г - энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m - коэффициент, учитывающий отличие температуры Т и изобарной теплоемкости С рг уходящих газов от среднеобъемной температуры Т m и среднеобъемной изобарной теплоемкости С рm ,

m = С рг Т г /С рm Т m ;

Ю - коэффициент полноты сгорания ГН; Q w - тепловой поток в ограждение, Вт.

Среднеобъемная температура Т m связана со среднеобъёмным давлением Р m и плотностью р m уравнением состояния газовой среды в помещении:

P m = с m R m T m . (6)

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

VdP m / dф = ш + G B - G r + G пр - G выт + G ов, (7)

Вышеуказанная система уравнений решается численными методами с помощью компьютерной программы. Примером может служить программа INTMODEL.

3. Расчет динамики ОФП с помощью компьютерной программы INTMODEL

Результаты компьютерного моделирования

Учебная компьютерная программа INTMODEL реализует описанную выше математическую модель пожара и предназначена для расчета динамики развития пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении. Программа позволяет учитывать вскрытие проемов, работу систем механической вентиляции и объемного тушения пожара инертным газом, а также учитывает кислородный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию оксидов углерода СО и СО 2 , задымленность помещения и дальность видимости в нем.

Таблица 1. Динамика развития параметров газовой среды в помещении и координат ПРД

Вpемя, мин

Температура

Оптическая плотность дыма

Дальность видимости

Нейтральная плоскость - ПРД Y*, м

Изменение среднеобъемных параметров газовой среды во времени

Рис. 2.

Описание графика: Рост температуры в первые 22 минуты пожара можно объяснить горением в режиме ПРН, что обусловлено достаточным содержанием кислорода в помещении. С 23 минуты пожар переходит в режим ПРВ в связи со значительным снижением концентрации кислорода. С 23 минуты по 50 минуту интенсивность горения постоянно снижается, несмотря на продолжающееся возрастание площади горения. Начиная с 50 минуты, пожар снова переходит в режим ПРН, что связано с увеличением концентрации кислорода в результате выгорания горючей нагрузки.

Выводы по графику: На графике температуры можно условно выделить 3 стадии развития пожара. Первая стадия - нарастание температуры (приблизительно до 22 мин.), вторая - квазистационарная стадия (с 23 мин. до 50 мин.), и третья - стадия затухания (с 50 мин. до полного выгорания горючей нагрузки).

Рис. 3.

Описание графика: В начальной стадии пожара выделение дыма незначительно, полнота сгорания максимальна. В основном дым начинает выделяться после 22 минуты от начала возгорания, а превышение ПДЗ по среднеобъемному значению плотности дыма произойдет примерно на 34 минуте. Начиная с 52 минуты, с переходом в режим затухания, задымление уменьшается.

Выводы по графику: Выделение значительных количеств дыма началось только с переходом пожара в режим ПРВ. Опасность снижения видимости в дыму в данном помещении невелика - ПДЗ будет превышено ориентировочно только после 34 минут от начала возгорания, что так же можно объяснить наличием в помещении открытых проемов большого размера (дверь).

Рис. 4.

Описание графика: На протяжении 26 минут развития пожара дальность видимости в горящем помещении остается удовлетворительной. С переходом в режим ПРВ видимость в горящем помещении быстро ухудшается.

Выводы по графику: Дальность видимости связана с оптической плотностью дыма соотношением. То есть дальность видимости обратно пропорциональна оптической плотности дыма, поэтому при увеличении задымления дальность видимости уменьшается и наоборот.

Рис. 5.

Описание графика: В первые 9 минут развития пожара (начальная стадия) среднеобъемная концентрация кислорода почти не изменяется, т.е. потребление кислорода пламенем низкое, что может быть объяснено малыми размерами очага горения в это время. По мере увеличения площади горения содержание кислорода в помещении снижается. Примерно с 25 минуты от начала горения содержание кислорода стабилизируется на уровне 10-12 масс.% и остается почти неизменным примерно до 49-й минуты пожара. Таким образом, с 25-й по 49-ю минуту в помещении реализуется режим ПРВ, т.е. горение в условиях недостатка кислорода. Начиная с 50-й минуты содержание кислорода увеличивается, что соответствует стадии затухания, при которой поступающий воздух снова постепенно заполняет помещение.

Выводы по графику: график концентрации кислорода, аналогично графику температуры, позволяет выявить моменты смены режимов и стадий горения. Момент превышения ПДЗ по кислороду на данном графике отследить нельзя, для этого понадобится пересчитать массовую долю кислорода в его парциальную плотность, используя значение среднеобъемной плотности газа и формулу .

Рис. 6.

Описание графика: сделать описание и выводы по графикам по аналогии с вышеприведенными.

Выводы по графику:

Рис. 7. Изменение среднеобъемной концентрации СО 2 во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 8. Изменение среднеобъемной плотности газовой среды во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 9. Изменение положения плоскости равных давлений во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 10. Изменение притока свежего воздуха в помещение от времени развития пожара

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 11. Изменение оттока нагретых газов из помещения от времени развития пожара

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 12. Изменение разности давлений во времени

Описание графика:

Выводы по графику:

Рис. 13.

Описание графика:

Выводы по графику:

Описание обстановки на пожаре в момент времени 11 минут

Согласно п. 1 ст. 76 ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», время прибытия первого подразделения пожарной охраны к месту вызова в городских поселениях и городских округах не должно превышать 10 минут. Таким образом, описание обстановки на пожаре проводится на 11 минуту от начала пожара.

В начальные моменты времени при свободном развитии пожара параметры газовой среды в помещении достигают следующих значений:

Достигается температура 97°С (переходит пороговое значение 70°C);

Дальность видимости практически не изменилась и составляет 64,62 м, т.е. еще не переходит пороговое значение в 20 м;

Парциальная плотность газов составляет:

с= 0,208 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по кислороду;

с= 0,005 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по углекислому газу;

с= 0,4*10 -4 кг/м 3 , что меньше предельной парциальной плотности по угарному газу;

ПРД будет находиться на уровне 0,91 м;

Площадь горения составит 24,17 м 2 .

Таким образом, расчеты показали, что на 11 минуту свободного развития пожара, следующие ОФП достигнут своего предельно допустимого значения: среднеобъемная температура газовой среды (на 10 минуте).

4. Время достижения пороговых и критических значений ОФП

Согласно ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», необходимым временем эвакуации считается минимальное время достижения одним из опасных факторов пожара своего критического значения.

Необходимое время эвакуации из помещения по данным математического моделирования

Таблица 2. Время достижения пороговых значений

	Пороговые значения	Время достижения, мин
	Предельная температура газовой среды t = 70°C
	Критическая дальность видимости 1 кр = 20 м
	Предельно допустимая парциальная плотность кислорода с = 0,226 кг/м 3
	Предельно допустимая парциальная плотность двуокиси углерода (с) пред = (с) пред = 0,11 кг/м 3	не достигается
	Предельно допустимая парциальная плотность оксида углерода (с) пред = (с) пред = 1,16*10 -3 кг/м 3	не достигается
	Максимальная среднеобъемная температура газовой среды Т m = 237 + 273 = 510 К
	Критическая температура для остекления t = 300°C	не достигается
	Пороговая температура для тепловых извещателей ИП-101-1А t пopor = 70°C

В данном случае минимальным временем для эвакуации из помещения склада является время достижения предельной температуры газовой среды, равное 10 мин.

Вывод:

а) охарактеризовать динамику развития отдельных ОФП, последовательность наступления различных событий и в целом описать прогноз развития пожара;

b) сделать вывод о своевременности срабатывания пожарных извещателей, установленных в помещении (см. п. 8 таблица 2). В случае неэффективной работы пожарных извещателей предложить им альтернативу (приложение 3).

Определение времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей опасными факторами пожара

Рассчитаем необходимое время эвакуации для помещения с размерами 60·24·6, пожарной нагрузкой в котором является хлопок в тюках. Начальная температура в помещении 20°С.

Исходные данные:

помещение

свободный объем

безразмерный параметр

температура t 0 = 20 0 С;

вид горючего материала - хлопок в тюках - ТГМ, n=3;

теплота сгорания Q = 16,7 ;

удельная скорость выгорания = 0,0167 ;

скорость распространения пламени по поверхности ГМ;

дымообразующая способность D = 0,6 ;

потребление кислорода = 1,15 ;

выделение диоксида углерода = 0,578 ;

выделение оксида углерода = 0,0052 ;

полнота сгорания ГМ;

другие параметры

коэффициент отражения б = 0,3;

начальная освещенность Е = 50 Лк;

удельная изобарная теплоемкость С р = 1,003?10 -3 МДж/кг?К;

предельная дальность видимости =20 м;

предельные значения концентрации токсичных газов:

0,11 кг/м 3 ;

1,16?10 -3 кг/м 3 ;

Расчет вспомогательных параметров

А = 1,05?? = 1,05?0,0167? (0,0042) 2 = 3,093?10 -7 кг/с 3

В = 353?С р?V/(1-) ??Q = 353?1,003?10 -3 ?6912/(1-0.6)?0,97?16,7 = 377,6 кг

В/А = 377,69/3,093?10 -7 = 1,22?10 9 c 3

Расчет времени наступления ПДЗ ОФП:

1) по повышенной температуре:

2) по потере видимости:

3) по пониженному содержанию кислорода:

4) по углекислому газу СО 2

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

5) по угарному газу СО

под знаком логарифма получается отрицательное число, поэтому данный фактор не представляет опасности.

Критическая продолжительность пожара:

кр = min = 746; 772; = 746 с.

Критическая продолжительность пожара обусловлена временем наступления предельно допустимого значения температуры в помещении.

Необходимое время эвакуации людей из складского помещения:

нв = 0,8* кр /60 = 0,8*746/60 = 9,94 мин.

Сделать заключение о достаточности / недостаточности времени на эвакуацию по данным расчета.

Вывод: сравнить необходимое время эвакуации, полученное различными методами, и, при необходимости, объяснить различия в результатах.

5. Расчет динамики ОФП для уровня рабочей зоны. Анализ обстановки на пожаре на момент времени 11 минут

Уровень рабочей зоны согласно ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» принимается равным 1,7 метра.

Связь между локальными и среднеобъемными значениями ОФП по высоте помещения имеет следующий вид:

(ОФП? ОФП о) = (ОФП? ОФП о)·Z,

где ОФП? локальное (пороговое) значение ОФП;

ОФП о? начальное значение ОФП;

ОФП? среднеобъемное значение опасного фактора;

Z ? безразмерный параметр, вычисленный по формуле (см. п. 4.2).

Таблица 3. Динамика развития ОФП на уровне рабочей зоны

Время, мин

Площадь пожара составляет 24,17 м.

Температура на уровне рабочей зоны составляет 52,4 0 С, что не достигает ПДЗ, равное 70 0 С.

Дальность видимости в помещении не изменилась и составляет

2,38/0,00042 = 5666 м.

Концентрация кислорода в норме: 22,513 масс%.

Парциальные плотности О 2 , СО и СО 2 на уровне рабочей зоны равны соответственно:

1,09948?22,513/100 = 0,247 кг/м 3 ;

1,09948?0,00211/100 = 2,3*10 -5 кг/м 3 ;

1,09948?0,22328/100 = 0,00245 кг/м 3 .

Таким образом, расчеты показали, что парциальная плотность кислорода находится выше ПДЗ, а токсичных газов - ниже.

Рис. 14.

На 11 минуте горения газообмен протекает со следующими показателями: приток холодного воздуха составляет 3,26 кг/с, а отток нагретых газов из помещения - 10,051 кг/с.

В верхней части дверного проема идет отток задымленных нагретых газов из помещения, плоскость равных давлений находится на уровне 1,251 м, что ниже уровня рабочей зоны.

Вывод: на основании результатов расчетов дать подробную характеристику оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложить меры по проведению безопасной эвакуации людей.

Общий вывод по работе

Сделать общий вывод по работе, включающий:

а) краткое описание объекта;

b) общая характеристика динамики ОФП при свободном развитии пожара;

c) сравнение критического времени наступления ПДЗ по опасным факторам пожара согласно расчетам компьютерной программы INTMODEL и методики определения времени от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара согласно приложению №5 к приказу МЧС России от 10.07.2009 №404;

d) анализ срабатывания установленных в помещении пожарных извещателей при необходимости предложения по их замене;

e) характеристика оперативной обстановки на момент прибытия пожарных подразделений, предложения по проведению безопасной эвакуации людей;

f) вывод о целесообразности и перспективах использования компьютерных программ для расчета динамики ОФП при пожаре.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГПС МЧС РОССИИ ______________________________ _________________________ Кафедра Правового и Кадрового обеспечения КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по курсу: «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» Тема: Исходные понятия и общие сведения об опасных факторах пожара и методах их прогнозирования. Выполнил: студент института заочного и дистанционного обучения Гр. № 508 зачетная книжка № в-0876 специальность 280104.65 Габдуллин Динар Дамирович Санкт-Петербург 2011г.

Содержание

Введение………………………………………………………… ………………	3стр.
Опасные факторы пожара ………………………………………… ………...	4стр.
Пламя как опасный фактор пожара……………………………………………	4стр.
Искры как опасный фактор пожара……………………………………………	4стр.
Повышенная температура как опасный фактор пожара…………………….	5стр.
Дым как опасный фактор пожара……………………………………………...	5стр.
Пониженная концентрация кислорода как опасный фактор пожара………..	5стр.
Концентрация токсичных веществ как опасный фактор пожара…………...	5стр.
Разрушение конструкций как опасный фактор пожара……………………..	6стр.
Отравление угарным газом как опасный фактор пожара……………………	6стр.
Методы прогнозирования пожара …………………………………………..	7стр.
Классификация интегральных математических моделей пожара…………...	7стр.
Интегральная модель пожара…………………………………………………..	9стр.
Зонная модель пожара………………………………………………………….	9стр.
Полевой (дифференциальный) метод расчета………………………………..	11стр
Критерии выбора моделей пожара для расчетов……………………………..	12стр
Заключение…………………………………………………… …………………	13стр
Список использованной литературы…………………………………………..	14стр

Введение

Изучение дисциплины «Прогнозирование опасных факторов пожара» направлена на теоретическую и практическую подготовку дипломированного специалиста, пожарной охраны, с целью проведения грамотного научно обоснованного прогнозирования динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещениях (зданиях, сооружениях), а также для проведения исследований реально произошедших пожаров при их экспертизе.
Цель данной работы – получение слушателями знаний и навыков по прогнозированию критических ситуаций, которые могут возникнуть в ходе пожара и использование этой информации для профилактики пожаров, обеспечения безопасности людей и личной безопасности при тушении пожаров, анализе причин и условий возникновения и развития пожаров.
По окончании изучения работы обучающиеся получат общие сведения об опасных факторах пожара, методах их прогнозирования, узнают физические закономерности распространения пламени и развитие пожара на объектах различного назначения.

Опасные факторы пожара

Пожар - неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Опасные факторы пожара (ОФП), воздействие которых приводит к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу.

Опасными факторами пожара (ОФП), воздействующими на людей, являются: открытый огонь и искры; повышенная температура окружающей среды, предметов и т. п.; токсичные продукты горения, дым; пониженная концентрация кислорода; падающие части строительных конструкций, агрегатов, установок и т.п.

К основные опасным факторам пожара относятся : повышенная температура, задымление, изменение состава газовой среды, пламя, искры, токсичные продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода. Величины параметров ОФП принято рассматривать прежде всего с точки зрения их вреда для здоровья и опасности для жизни человека при пожаре.

К вторичным проявлениям ОФП относятся: осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;
радиоактивные и токсичные вещества и материалы, выпавшие из разрушенных аппаратов, оборудования;
электрический ток, возникший в результате выноса напряжения на токопроводящие части конструкций и агрегатов;

Пламя как опасный фактор пожара

Пламя чаще всего поражает открытые участки тела. Очень опасны ожоги, получаемые от горящей одежды, которую трудно потушить и сбросить. Особенно легко воспламенятся одежда из синтетических тканей. Температурный порог жизнеспособности тканей человека составляет 45 °C.

Искры как опасный фактор пожара

Самое частое и, вместе с тем банальное - это когда «из искры возгорится пламя»: здесь враг виден, если можно так выразиться - в лицо. Маленькая искра, перерастающая в открытое пламя - и, как следствие, большие неприятности: лесные и степные пожары, пожары в сельскохозяйственных и промышленных постройках, административных зданиях, жилых помещениях, движимом имуществе. Как правило, огромные материальные убытки. Однако что касается людей, то открытый огонь на них редко воздействует, людей поражают преимущественно испускаемые пламенем лучистые потоки, поражающие открытые участки тела. Весьма опасны ожоги от горящей одежды, особенно из синтетических тканей, которая трудно тушится и так же трудно сбрасывается.

Повышенная температура как опасный фактор пожара

Следующий фактор пожара - повышенная температура окружающей среды - может как усугубить действие предыдущего, так и выступить самостоятельным источником материальных убытков и физических страданий людей, вызванных пожаром от самовозгорающихся предметов и материалов. Наибольшая опасность для людей исходит от нагретого воздуха, который при вдыхании, обжигает верхние дыхательные пути и приводит к удушью и смерти. К летальному исходу приводит и вызванный этим фактором пожара перегрев, из-за чего из организма интенсивно выводятся соли, нарушается деятельность сосудов и сердца. Достаточно побыть несколько минут в среде с температурой в 100 °С - как сразу же теряется сознание и наступает смерть. Вместе с тем, губительное влияние на человека оказывает и продолжительное облучение инфракрасными лучами с интенсивностью около 540 Вт/м. Также при повышенной температуре окружающей среды часты ожоги кожи.

Дым как опасный фактор пожара

Особо опасным фактором пожара является дым, которого, как известно, без огня не бывает. При этом основной вред в этом случае может исходить не так от огня, как от дыма, который буквально «косит» попавших в сферу его распространения. Вещества, которые входят в состав дыма, в зависимости от того, продуктами горения каких материалов они являются, могут быть настолько ядовитыми, что смерть тех, кто лишь сделал один глоток отравленной смеси, наступает практически мгновенно. А ещё вследствие задымления теряется видимость, что затрудняет процесс эвакуации людей, делает её неуправляемой, потому что движения в дыму становятся хаотичными, эвакуируемые перестают чётко видеть указатели выходов и сами эвакуационные выходы, тогда как успешная эвакуация при пожаре возможна лишь при беспрепятственном передвижении людей.

Пониженная концентрация кислорода как опасный фактор пожара

Пониженная концентрация кислорода всего лишь на 3 процента нарушает мозговую деятельность человека и оказывает ухудшающее воздействие на двигательные функции его организма и, во многих случаях, становится причиной смерти людей. Потому пониженную концентрацию кислорода в условиях пожара также относят к его особо опасным факторам.

Концентрация токсичных веществ как опасный фактор пожара

Также особо опасным фактором пожара является повышенная концентрация токсичных продуктов термического разложения и горения. Губительное воздействие пылающих, горячих, тлеющих, просто сверх допустимой меры нагретых полимерных и синтетических материалов всё в больших масштабах и разнообразиях отмечается в последнее время, когда на рынок строительных и отделочных изделий вышли сотни до этого не известных и никогда прежде не применявшихся материалов с не до конца изученными свойствами или не ко всякому использованию пригодные. Из токсичных продуктов горения наиболее опасными признан оксид углерода, который, вступая со скоростью в двести-триста раз большей, нежели кислород, в реакцию с гемоглобином крови, приводит организм к кислородному голоданию. Вследствие чего человек от нахлынувшего головокружения цепенеет, его охватывает равнодушие, депрессия, он становится безучастным к опасности, движения его раскоординируются, и в результате - остановка дыхания и смертельный исход.

Разрушение конструкций как опасный фактор пожара

Разрушение конструкций это еще один из опасных факторов пожара приводящих к травмам увечьям и гибели людей находящихся в зоне разрушения.
В первые 10-20 минут пожар распространяется вдоль горючего материала и в это время помещение заполняется дымом. Температура воздуха поднимается в помещении до 250-300 градусов. Через 20 минут начинается объёмное распространение пожара.
Спустя ещё 10 минут наступает разрушение остекления. Увеличивается приток свежего воздуха, резко прогрессирует развитие пожара и температура достигает 900 градусов.
После того, как выгорают основные вещества, конструкция здания теряет свою несущую способность и в это время происходит обрушение выгоревших конструкций.

Отравление угарным газом как опасный фактор пожара

Отравление угарным газом это одна из основных причин отравления или гибели людей на пожаре. При отравлении угарным газом возникает острое патологическое состояние, развивающееся в результате попадания угарного газа в организм человека, является опасным для жизни и здоровья, и без адекватной медицинской помощи может привести к летальному исходу.
Угарный газ попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. Угарный газ активно связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, и блокирует передачу кислорода тканевым клеткам, что приводит к гипоксии гемического типа. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях.

Методы прогнозирования пожара

Классификация интегральных математических моделей пожара

Современные научные методы прогнозирования Опасных Факторов Пожара основываются на математическом моделировании, т.е. на математических моделях пожара. Математическая модель пожара описывает в самом общем виде изменение параметров состояния среды в помещении в течение времени, а также изменение параметров состояния ограждающих конструкций этого помещения и различных элементов технологического оборудования.
Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара. Математические модели пожара в помещении условно делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные).
1. Интегральная модель пожара позволяет получить информацию, т.е. сделать прогноз, о средних значениях параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара. При этом для того, чтобы сопоставлять (соотносить) средние (т. е. среднеобъемные) параметры среды с их предельными значениями в рабочей зоне, используются формулы, полученные на основе экспериментальных исследований пространственного распределения температур, концентраций продуктов горения, оптической плотности дыма и т. д.
2. Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. В качестве характерных пространственных зон можно выделить, например, припотолочную область пространства, в начальной стадии пожара, область восходящего над очагом горения потока нагретых газов и область незадымленной холодной части пространства.
3. Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.
Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах (стадиях) пожара. В этом отношении наиболее детальные сведения можно получить с помощью полевой модели.
В математическом отношении три вышеназванных вида моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности.
Интегральная модель пожара в своей основе представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Искомыми функциями выступают среднеобъемные параметры состояния среды, независимым аргументом является время.
Основу зонной модели пожара в общем случае составляет совокупность нескольких систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Параметры состояния среды в каждой зоне являются искомыми функциями, а независимым аргументом является время. Искомыми функциями являются также координаты, определяющие положение границ характерных зон.
Наиболее сложной в математическом отношении является полевая модель. Ее основу составляет система уравнений в частных производных, описывающих пространственно-временное распределение температур и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов этой среды (кислород, оксид и диоксид углерода и т.д.), давлений и плотностей. Эти уравнения включают реологический закон Стокса, закон теплопроводности Фурье, закон диффузии, закон радиационного переноса и т.п. В более общем случае к этой системе уравнений добавляется дифференциальное уравнение теплопроводности, описывающее процесс нагревания ограждающих конструкций. Искомыми функциями в этой модели являются плотность и температура среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическая плотность дыма (натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде) и т.д. Независимыми аргументами являются координаты х, у, z и время т.

Для прогнозирования опасных факторов пожара в настоящее время используются интегральные (прогноз средних значений параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара), зонные (прогноз размеров характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении и средних значений параметров состояния среды в этих зонах для любого момента развития пожара. Примеры зон – припотолочная область, восходящий на очагом горения поток нагретых газов и область незадымленной холодной зоны) и полевые (дифференциальные) модели пожара (прогноз пространственно-временного распределения температур и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов среды, давлений и плотностей в любой точке помещения).

Для проведения расчетов, необходимо проанализировать следующие данные:
- объемно-планировочных решений объекта;
- теплофизических характеристик ограждающих конструкций и размещенного на объекте оборудования;
- вида, количества и расположения горючих материалов;
- количества и вероятного расположения людей в здании;
- материальной и социальной значимости объекта;
- систем обнаружения и тушения пожара, противодымной защиты и огнезащиты, системы обеспечения безопасности людей.
При этом учитывается:
- вероятность возникновения пожара;
- возможная динамика развития пожара;
- наличие и характеристики систем противопожарной защиты (СППЗ);
- вероятность и возможные последствия воздействия пожара на людей, конструкцию здания и материальные ценности;
- соответствие объекта и его СППЗ требованиям противопожарных норм.

Далее необходимо обосновать сценарий развития пожара. Формулировка сценария развития пожара включает в себя следующие этапы:
- выбор места расположения первоначального очага пожара и закономерностей его развития;
- задание расчетной области (выбор рассматриваемой при расчете системы помещений, определение учитываемых при расчете элементов внутренней структуры помещений, задание состояния проемов);
- задание параметров окружающей среды и начальных значений параметров внутри помещений.

Интегральная модель пожара

Интегральная математическая модель пожара описывает в самом общем виде процесс изменения во времени состояния газовой среды в помещении.
С позиций термодинамики газовая среда, заполняющая помещение с проемами (окна, двери и т.п.), как объект исследования есть открытая термодинамическая система. Ограждающие конструкции (пол, потолок, стены) и наружный воздух (атмосфера) является внешней средой по отношению в этой термодинамической системе. Эта система взаимодействует с внешней средой путем тепло- и массообмена. В процессе развития пожара через одни проемы выталкивается из помещения нагретые газы, а через другие поступает холодных воздух. Количество вещества, т.е. масса газа в рассматриваемой термодинамической системе, в течении времени изменяется. Поступление холодного воздуха обусловлено работой проталкивания, которую совершает внешняя среда. Термогазодинамическая система в свою очередь совершает работу, выталкивая нагретые газы во внешнюю атмосферу. Эта термодинамическая система взаимодействует также с ограждающими конструкциями путем теплообмена. Кроме того, в эту систему с поверхности горящего материала (т.е. из пламенной зоны) поступает вещество в виде газообразных продуктов горения.
Состояние рассматриваемой термодинамической системы изменяется в результате взаимодействия с окружающей средой. В интегральном методе описания состояния термодинамической системы, коей является газовая среда в помещении, используются «интегральные» параметры состояния – такие, как масса всей газовой среды и ее внутренняя тепловая энергия. Отношение этих двух интегральных параметров позволяет оценивать в среднем степень нагретости газовой среды. В процесс развития пожара, значения указанных интегральных параметров состояния изменяются.

Зонная модель пожара

Зонный метод расчета динамики ОФП основан на фундаментальных законах природы – законах сохранения массы, импульса и энергии. Газовая среда помещений является открытой термодинамической системой, обменивающейся массой и энергией с окружающей средой через открытые проемы в ограждающих конструкциях помещения. Газовая среда является многофазной, т.к. состоит из смеси газов (кислород, азот, продукты горения и газификация горючего материала, газообразное огнетушащие вещество) и мелкодисперсных частиц (твердых или жидких) дыма и огнетушащих веществ.
В зонной математической модели газовый объем помещения разбивается на характерных зоны, в которых для описания тепломассобмена используются соответствующие уравнения законов сохранения. Размеры и количество зон выбирается таким образом, что бы в пределах каждой из них неоднородность температурных и других полей параметров газовой среды были возможно минимальными, или из каких-то других предположений, определяемых задачами исследования и расположением горючего материала.
Наиболее распространенной является трехзонная модель, в которой объем помещения разбит на следующие зоны: конвективная колонка, припотолочный слой и зона холодного воздуха, рис. 1.

Рисунок 1

В результате расчета по зонной модели находятся зависимости от времени следующих параметров тепломассообмена:
- среднеобъемных значений температуры, давления, массовых концентраций кислорода, азота, огнетушащего газа и продуктов горения, а также оптической плотности дыма и дальности видимости в нагретом задымленном припотолочном слое в помещении;
- нижнюю границу нагретого задымленного припотолочного слоя;
- распределение по высоте колонки массового расхода, осредненных по поперечному сечению колонки величин температуры и эффективной степени черноты газовой смеси;
- массовых расходов истечения газов наружу и притока наружного воздуха внутрь через открытые проемы;
- тепловых потоков, отводящих в потолок, стены и пол, а также излучаемых через проемы;
- температуры (температурных полей) ограждающих конструкций.

Полевой (дифференциальный) метод расчета

Полевой метод является наиболее универсальным из существующих детерминистических методов, поскольку он основан на решении уравнений в частных производных, выражающих фундаментальные законы сохранения в каждой точке расчетной области. С его помощью можно рассчитать температуру, скорость, скорость, концентрации компонентов смеси и т.п.в каждой точки расчетной области, см. рис. 2. В связи с этим полевой метод может использоваться:
для проведения научных исследований в целях выявления закономерностей развития пожара;
для проведения сравнительных расчетов в целях апробации и совершенствования менее универсальных и зональных и интегральных моделей, проверки обоснованности и их применения;
Выбора рационального варианта противопожарной защиты конкретных объектов:
моделирования распространения пожара в помещениях высотой более 6м.

Рисунок 2

В своей основе полевой метод не содержит никаких априорных допущений о структуре течения, и связи с этим принципиально применим для рассмотрения любого сценарий развития пожара.
Вместе с тем, следует отметить, что его использование требует значительных вычислительных ресурсов. Это накладывает ряд ограничений на размеры рассматриваемой системы и снижает возможность проведения многовариантных расчетов. Поэтому, интегральный и зональный методы моделирования также являются важным инструментами в оценке пожарной опасности объектов в тех случаях, когда они обладают достаточной информативностью и сделанные при их формулировке допущения не противоречат картине развития пожара.
Однако, на основе проведенных исследований, можно утверждать, что поскольку априорные допущения зонных моделей могут приводить к существенным ошибкам при оценке пожарной опасности объекта, предпочтительно использовать полевой метод моделирования в следующих случаях:
для помещений сложной геометрической конфигурации, а также для помещений с большим количеством внутренних преград;
помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше остальных;
помещений, где существует вероятность образования рециркуляционных течений без формирования верхнего прогретого слоя (что является основным допущением классических зонных моделей);
в иных случаях, когда зонные и интегральные модели являются недостаточно информативными для решения поставленных задач, либо есть основании считать, что развитие пожара может существенно отличаться от априорных допущений зональных и интегральных моделей пожара.

Критерии выбора моделей пожара для расчетов

В соответствии с проектом документа «Методика оценки рисков для общественных зданий» для описания термогазодинамических параметров пожара применяются три основных группы детерминистических моделей: интегральные, зонные (зональные) и полевые.
Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации следует осуществлять исходя из следующих предпосылок:
интегральный метод:

для зданий и сооружений, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации
проведении имитационного моделирования для случаев, когда учет стохастического характера пожара является более важным, чем точное и детальное прогнозирование его характеристик;
для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерным размером помещения;

зональный метод:

для помещений и систем помещений простой геометрической конфигурации, линейные размеры которых соизмеримы между собой;
для помещений большого объема, когда размер очага пожара существенно меньше размеров помещения;
для рабочих зон, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения (наклонный зрительный зал кинотеатра, антресоли и т.д);

полевой метод:
- для помещений сложной геометрической конфигурации, а также помещений с большим количеством внутренних преград (атриумы с системой галерей и примыкающих коридоров, многофункциональные центры со сложной системой вертикальных и горизонтальных связей и т.д.);
- для помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше (меньше) остальных (тоннели, закрытые автостоянки большой площади и.т.д.);
и т.д.................

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ

СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ

Учебное издание

Специальность 280705.65 – «Пожарная безопасность»

Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении

Д.В. Русских

ВОРОНЕЖ 2013

УДК 536.46+614.841

ББК 24.54+31.31+38.96

Издано по решению методического совета ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России

Рецензенты:

доцент кафедры уравнений в частных производных и теории вероятностей,

кандидат физико-математических наук, доцент А.С. Рябенко (ВГУ);

доцент кафедры физики,

кандидат физико-математических наук А.Б. Плаксицкий (ВИ ГПС МЧС России)

Р83 Русских Д.В.

Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. Практикум с вариантами заданий для выполнения курсовой работы по дисциплине

«Прогнозирование опасных факторов пожара» для курсантов и студентов очной формы обучения и слушателей факультета заочного обучения.

Специальность 280705.65 – «Пожарная безопасность». Д.В. Русских, С.А.

Донец [Воронежский институт ГПС МЧС России]. – Воронеж, 2013. – 83 с.

В практикуме приведены краткие теоретические сведения, примеры решения типовых задач, в том числе с применением персонального компьютера, варианты заданий и методические указания для выполнения курсовой (контрольной) работы.

Практикум предназначен для курсантов и студентов очной формы обучения и слушателей факультета заочного обучения по специальности

280705.65 – «Пожарная безопасность».

© Русских Д.В., Донец С.А., 2013

© ФГБОУ ВПО Воронежский Институт ГПС МЧС России, 2013

Введение

1.1 Основные понятия

1.2 Описание интегральной математической модели пожара в помещении

1.3 Описание дифференциальной математической модели пожара в помещении

1.4 Описание зонной математической модели пожара в помещении

2. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении

2.1 Исходные данные

2.2 Использование интегральной математической модели

2.3 Определение критической продолжительности пожара и времени блокирования путей эвакуации

2.6 Использование зонной математической модели

3. Методические указания для выполнения курсовой (контрольной) работы

3.1 Цели и задачи

3.2 Выбор темы курсовой работы и индивидуального варианта задания

3.4.1 Исходные данные

3.4.2 Описание интегральной и зонной математических моделей развития пожара в помещении

3.4.3 Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием интегральной математической модели

3.4.4 Определение критической продолжительности пожара и времени блокирования эвакуационных путей

3.4.5 Прогнозирование обстановки на пожаре к моменту прибытия первых подразделений на тушение

3.4.6 Расчет огнестойкости ограждающих строительных конструкций с учетом параметров реального пожара

3.4.7 Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении с использованием зонной математической модели

3.5 Требования к оформлению курсовой (контрольной) работы

Литература

Приложение А

Приложение Б

Введение

Настоящий практикум предназначен для курсантов и студентов второго курса, а также слушателей третьего курса факультета заочного обучения специальности 280705.65 «Пожарная безопасность» ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России. Написан в соответствии с рабочей программой по курсу «Прогнозирование опасных факторов пожара»,

разработанной согласно требованиям Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

В практикуме содержится теоретический материал и подробно разобранные практические задачи для подготовки и проведения практических занятий по двум темам: интегральная математическая модель пожара в помещении, зонная математическая модель пожара в помещении.

Приведены варианты заданий и методические указания для выполнения курсовой работы курсантами и студентами второго курса и контрольной работы слушателями третьего курса факультета заочного обучения.

Практикум написан на высоком инженерном уровне, доступным для восприятия языком. Может быть использован обучающимися для самостоятельного изучения соответствующего материала, выполнения курсовой и контрольной работы, а также для подготовки к зачету по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» в четвертом семестре у курсантов и студентов очной формы обучения, во время итоговой сессии на третьем курсе у слушателей факультета заочного обучения.

Кроме того, практикум должен помочь обучающимся в тех случаях,

когда они по каким-либо причинам отсутствовали на занятиях или не успели что-то записать, а также в тех случаях, когда им не хватило времени для восприятия материала во время занятия.

1. Методы прогнозирования опасных факторов пожара в помещении

1.1. Основные понятия

Опасным фактором пожара называется фактор, воздействие которого приводит к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу.

В соответствии со статьей 9 федерального закона № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22 июля 2008 г. к опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся:

1) пламя и искры;

2) тепловой поток;

3) повышенная температура окружающей среды;

4) повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

5) пониженная концентрация кислорода;

6) снижение видимости в дыму.

К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся:

1) осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие в окружающую среду из разрушенных технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

3) вынос высокого напряжения на токопроводящие части технологических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

4) опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

5) воздействие огнетушащих веществ.

В современных условиях разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара (ОФП).

Прогнозирование ОФП необходимо:

2) при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения;

3) при разработке оперативных планов тушения (планировании действий боевых подразделений на пожаре);

4) при оценке фактических пределов огнестойкости;

5) для многих других целей.

С научных позиций опасные факторы пожара являются физическими понятиями и, следовательно, каждый из них представлен в количественном отношении одной или несколькими физическими величинами. С этих позиций и рассмотрим вышеперечисленные ОФП.

Первый опасный фактор – пламя и искры. Пламя - это видимая часть пространства (пламенная зона), внутри которой протекает процесс окисления

(горения) и происходит тепловыделение, а также генерируются токсичные газообразные продукты, и поглощается забираемый из окружающего пространства кислород. Кроме того, в границах этой части пространства

(зоны) образуется специфическая дисперсная среда, особые оптические свойства которой обусловлены процессами рассеяния энергии световых волн вследствие их многократного отражения от мельчайших твердых (и жидких)

частиц. Этот процесс образования дисперсной среды, ухудшающей видимость, принято называть процессом дымообразования.

По отношению к объему помещения, заполненному газом, пламенную зону можно рассматривать, с одной стороны, как «источник» тепловой энергии и токсичных продуктов горения, а также мельчайших твердых

(жидких) частиц, из-за которых ухудшается видимость. С другой стороны,

как «сток», в который уходит кислород из помещения.

В связи с вышесказанным содержание понятия «пламя» представлено в количественном отношении следующими величинами:

1) характерными размерами пламенной зоны (очага горения), например площадью горения (площадью пожара) F r , м2 ;

2) количеством сгорающего (окисляемого) за единицу времени горючего материала (ГМ) (скоростью выгорания) , кг·с-1 ;

3) мощностью тепловыделения Q пож , Вт; Q пож = Q Р Н , где Q Р Н - теплота сгорания, Дж·кг-1 ;

4) количеством генерируемых за единицу времени в пламенной зоне токсичных газов L i , кг·с-1 , где L i - количество i -го токсичного газа,

образующегося при сгорании единицы массы ГМ;

5) количеством кислорода, потребляемого в зоне горения L 1 , кг·с-1 , где

L 1 - количество кислорода, необходимое для сгорания (окисления) единицы массы ГМ;

6) оптическим количеством дыма, образующегося в очаге горения D ,

Непер·м2 ·с-1 , где D - дымообразующая способность горючего материала,

Непер·м2 ·кг-1 .

Второй опасный фактор пожара - тепловой поток.

Третий опасный фактор - повышенная температура окружающей среды. Температура среды, заполняющей помещение, является параметром состояния, он обозначается Т, если используется размерность Кельвин или t,

если используется размерность градусы Цельсия.

Четвертый опасный фактор - повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения. Этот фактор количественно характеризуется парциальной плотностью (или концентрацией) каждого токсичного газа. Парциальная плотность компонентов газовой среды в помещении является параметром состояния. Обозначается ρ, размерность -

кг·м-3 . Сумма парциальных плотностей всех компонентов газовой среды равна

плотности газа. Концентрацией токсичного i -го газа обычно называют отношение парциальной плотности этого газа i к плотности газа, т. е.

i i .

Если умножить отношение i на 100 процентов, то получим значение

концентрации продукта в процентах.

Пятый опасный фактор – пониженная концентрация кислорода в помещении. Этот фактор количественно характеризуется значением парциальной плотности кислорода 1 или отношением ее к плотности газовой среды в помещении, т. е.

x 1 1 .

Шестой опасный фактор пожара – снижение видимости в дыму. Этот фактор количественно представляют параметром, называемым оптической концентрацией дыма. Этот параметр обозначают буквой µ, его размерность -

Непер·м-1 . (Иногда параметр µ называют натуральным показателем ослабления.) Расстояние видимости в дыму l вид и оптическая концентрация дыма связаны между собой простым соотношением

Вышеприведенные величины: температура среды, парциальные плотности (концентрации) токсичных газов и кислорода, оптическая плотность дыма - являются параметрами состояния среды, заполняющей помещение при

пожаре. Они характеризуют свойства газовой среды в помещении. Начиная с возникновения пожара, в процессе его развития эти параметры состояния непрерывно изменяются во времени, т.е.

T f 1 , 1 f 2 , f 3 , O 2 f 4 .

Совокупность этих зависимостей составляет суть динамики ОФП.

При рассмотрении воздействия ОФП на людей используются так называемые предельно допустимые значения (ПДЗ) параметров состояния среды в зоне пребывания людей (рабочей зоне). Предельно допустимые значения ОФП получены в результате обширных медико-биологических исследований, в процессе которых установлен характер воздействия ОФП на людей в зависимости от значений их количественных характеристик.

Следует подчеркнуть, что в условиях пожара имеет место одновре-

менное воздействие на человека всех ОФП. Вследствие этого опасность многократно увеличивается. Предельно допустимые значения ОФП указаны в ГОСТ 12.1.004-91 и СП 11.13130.2009 (таблица 1.1).

Таблица 1.1. Предельно допустимые значения ОФП

ОФП, обозначение, размерность
Температура, t , °С
Парциальная плотность, кг·м-1 :
кислорода
оксида углерода
диоксида углерода
хлористого водорода
цианистого водорода
окислов азота
сероводорода
Оптическая плотность дыма, µ, Непер·м	2,38/l пдв *
Тепловой поток, q , Вт/м2

* l пдв - предельно допустимая дальность видимости, м.

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине "Прогнозирование опасных факторов пожара"

Тема №5. «ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА ПРИ ТУШЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ИНТЕГРАЛЬНОГО МЕТОДА»

План лекции:

1. Введение;

2. Система уравнений, описывающая состояние среды при тушении пожара;

3. Дополнительные уравнения, используемые в интегральной модели пожара;

4. Выводы.

Цели лекции:

1. Учебные

В результате прослушивания материала слушатели должны знать:

• опасные факторы пожара, воздействующие на людей, на конструкции и оборудование
• предельно допустимые значения ОФП
• методы прогнозирования ОФП

Уметь: прогнозировать обстановку на пожаре.

1. Развивающие:

• выделять самое главное
• самостоятельность и гибкости мышления
• развитие познавательного мышления

Литература

1. Ю.А.Кошмаров Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении. – Москва 2000. С.118
2. Моделирование пожаров и взрывов. (Под ред. Брушлинского Н.Н. и Корольченко А.Я.) - М.: Пожнаука, 2000, - 492 с.
3. Лабораторный практикум «Прогнозирование опасных факторов пожара». Ю.А.Кошмаров, Ю.С.Зотов. 1997 г.

1. Введение

В современных условиях разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара (ОФП).

Прогнозирование ОФП необходимо:

• при разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре;
• при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения;
• при разработке оперативных планов тушения (планировании действий боевых подразделений на пожаре);
• при оценке фактических пределов огнестойкости;
• и для многих других целей.

Современные методы прогнозирования ОФП не только позволяют заглядывать в «будущее», но и дают возможность снова «увидеть» то, что уже когда-то произошло. Другими словами, теория прогнозирования позволяет воспроизвести восстановить картину развития реально произодшего пожара, т.е. «увидеть» прошлое. Это необходимо, например, при криминалистической или пожарно-технической экспертизе пожара.

2. Система уравнений, описывающая состояние среды при тушении пожара

Основная система дифференциальных уравнений, описывающих процесс изменения состояния газовой среды, заполняющей помещение, при тушении пожара имеет вид:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.5)

В этих уравнениях используются те же обозначения, которые были даны в предыдущих лекциях. Кроме того, уравнения содержат следующие величины: G пр и G выт - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг∙с -1 ; G 0 B - массовый расход подачи газообразного огнетушащего вещества (OB ), кг∙с -1 ; Q О - тепло, поступающее от системы отопления, Вт; Q r - тепло, излучаемое через проемы, Вт; i г - энтальпия продуктов газификации горючего материала, Дж∙кг -1 .

Начальные условия для дифференциальных уравнений записываются следующим образом:

при τ = 0

(5.6)

где Т о - начальная температура в помещении; R а - газовая постоянная воздуха; р а - атмосферное давление на уровне половины высоты помещения.

3. Дополнительные уравнения, используемые в интегральной модели
пожара

Дополнительные уравнения, используемые в интегральной модели пожара, имеют следующий вид:

(5.7)

(5.8)

(5.9)

(5.10)

(5.11)

(5.12)

(5.13)

(5.14)

(5.15)

(5.16)

(5.17)

(5.18)

где α - коэффициент теплоотдачи; ε m - степень черноты задымленной среды; σ - постоянная Больцмана; F c - суммарная площадь проемов; b i - ширина i -г o проема; ξ, - коэффициент сопротивления проема; у * - координата плоскости равных давлений (ПРД), отсчитываемая от пола; y н i - координата нижнего края i -го проема; y Bi - координата верхнего края i -го проема; h - половина высоты помещения; F w - суммарная площадь поверхности ограждений; F Г - площадь горения; v Л - линейная скорость распространения пламени по ТГМ; ψ уд - удельная скорость выгорания на открытом воздухе; К - функция режима пожара (т.е. ПРВ или ПРН); Z i - формальный параметр, определяемый следующим образом:

(5.19)

Степень черноты задымленной среды рассчитывается по формуле:

(5.20)

где l = 3,6 λ - коэффициент пересчета оптического диапазона в диапазон инфракрасных волн.

Расходы приточно-вытяжной вентиляции G пр и G выт вычисляются по следующим формулам:

(5.21)

(5.2 2 )

где W ПР и W BblT - соответственно объемные производительности приточной и вытяжной систем. Расход огнетушащего вещества G 0 B полагается постоянным в интервале времени от момента включения системы пожаротушения до окончания запаса огнетушащих веществ и равным нулю вне этого интервала, а горючий материал расположен на прямоугольной площадке.

Дифференциальные уравнения (5.1) - (5.5) несколько отличаются от уравнений (1.34) - (1.38). Это обусловлено тем, что в рассматриваемой постановке задачи предполагается возможным принять следующие допущения:

V = const; n 1 =1; n 2 =1; n 3 =1; m =1

4. Выводы

Кроме того, в рассматриваемой здесь постановке задачи учитывается работа приточно-вытяжной вентиляции и подача в заданный момент времени газообразного огнетушащего вещества.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Прогнозирование опасных факторов пожара

Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении с электротехническими материалами: текстолит, карболит (доля горючего материала 12%). Вариант 77.

Программа исследовательского раздела: Исследовать развитие пожара в помещении при работе системы противодымной вентиляции. Расходы: приток – 36000 м 3 /час, вытяжка – 32000 м 3 /час. Время включения системы – 4 минут.

Выполнил: курсант факультета инженеров

пожарной безопасности,

3 курса, 101 взвода,

Н.А. Соловьев

Научный руководитель: начальник кафедры ГПН,

полковник внутренней службы,

кандидат технических наук,

Овсянников М. Ю.

Дата защиты: "___" май 2008 г.

Оценка _____________________

____________________________

(подпись научного руководителя)

Иваново 2008

Введение......................................................................................................3

1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии......................................................................................................5

1.1. Исходные данные......................................................................5

1.2. Описание интегральной математической модели.................7

1.3. Результаты численной реализации математической модели.......................................................................................................11

1.4. Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар..................................................................................................17

2. Исследовательская работа..................................................................................................23

2.1. Исходные условия...............................................................................................23

2.2. Результаты прогнозирования ОФП и итоги исследования………………………………………………………….24

2.3. Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар......................................................................................................26

Заключение..............................................................................................31

Приложения..............................................................................................33

Библиография...........................................................................................35

Введение

Научно обоснованное прогнозирование динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещении позволяет оценить обстановку на пожаре, послужить основой экономически оптимального и эффективного уровня обеспечения пожарной безопасности людей, объектов.

Методы математического моделирования пожара не только позволяют предсказать «будущее» развития пожара, но и восстановить картину уже происшедшего пожара, т.е. увидеть «прошлое», - провести экспертизу пожара при его расследовании.

Цель курсовой работы заключается в исследовании развития пожара в помещении, как при его свободном развитии, так и при определённом воздействии на пожар, т.е. изменении различных условий его развития.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

Определить:

Динамику опасных факторов пожара, изменения площади горения, координат плоскости равных давлений за весь период его развития (до τ = 120 мин, если горение не прекратилось раньше);

Время и значение максимальной температуры в помещении;

Время вскрытия оконных проёмов;

Критическую продолжительность пожара по достижению каждым из ОФП своих критических значений;

Необходимое время эвакуации из помещения;

Время достижения пороговых значений для оборудования, конструкций;

Оперативную обстановку на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар (τ = 12мин) и подачи первых стволов на тушение τ = 20 мин.);

Для исследовательской части определить:

Влияние вентиляции на основные параметры развития ОФП, в сравнении со свободным развитием.

Пути и средства достижения поставленных целей.

Для проведения научно обоснованного прогноза, используется интегральная математическая модель пожара, для заданных условий однозначности (характеристик помещения, горючей нагрузки и т.д.) путём решения системы дифференциальных уравнений.

Получить аналитическое решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений интегральной модели пожара в общем случае невозможно.

Достижение поставленных целей в прогнозировании ОФП в помещении возможно лишь путём численного решения системы дифференциальных уравнений пожара. Для изучения динамики ОФП служит компьютерный эксперимент, т.е. получение численного решения при помощи современных ЭВМ.

Для численной реализации математической модели используется программа INTMODEL, разработанная на кафедре «Инженерной теплофизики и гидравлики» Академии ГПС МЧС России.

Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии.

Исходные данные.

Помещение для1-2 степени огнестойкости расположено в одноэтажном здании. Стены здания кирпичные, толщиной 630 мм, покрытие железобетонное, толщиной 100 мм. Полы деревянные. Вентиляция механическая приточно-вытяжная. При возникновении пожара отключается автоматически. Отопление центральное водяное. Противодымная защита помещения отсутствует.

К зданию пристроено складское помещение, отделённое от помещения с керосином противопожарной стеной первого типа.

Помещение имеет следующие размеры:

Длину a =10 м;

Ширину b = 8 м;

Высоту 2h = 3 м.

В наружных стенах здания по его длине расположены оконные проёмы по 2 с каждой стороны. Размерами 2,0 х 2,0 м. Окна расположены на высоте от пола до нижних краёв проёмов 0,5 м. Следовательно, координаты расположения нижних и верхних краёв оконных проёмов будут y н =0,5 и y в =2,5м соответственно. Суммарная ширина оконных проёмов 8 м.

Оконные проёмы остеклены листовым оконным стеклом. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении – T ок. = 300 ° С.

Двери эвакуационных выходов из помещения во время пожара открыты для эвакуации. Ширина двери – 0,8 м, высота –1,9 м, т.е. и м. Суммарная ширина дверных проёмов м.

Электротехнические материалы: текстолит, карболит (доля горючего материала 12%).

Площадь пола занятая горючим материалом составляет

где - площадь пола помещения, м 2 .

Общее количество материала пожарной нагрузки помещения , кг (масса материала) при , кг/м 2 находится по формуле

где - масса горючего материала на одном квадратном метре площади пола, занятой горючим материалом (), кг/м 2 .

Твёрдый горючий материал занимает площадку прямоугольной формы. Размеры сторон прямоугольника и определены из выражений