Методика расчета времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара в машинных залах ТЭС Вьетнама в условиях работы системы дымоудаления в режиме "поддува" До Тхань Тунг

Содержание к диссертации

Введение

Методы расчета времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара в МЗ ТЭС Вьетнама при пожаре 13

1.1. Современное состояние и перспективы развития ТЭС Вьетнама 13

1.2. Особенности пожарной опасности машинных залов ТЭС Вьетнама 16

1.3. Методы расчета динамики опасных факторов пожара в машинных залах ТЭС 25

1.4. Особенности противопожарной защиты машинных залов ТЭС Вьетнама 34

1.5. Приближенные методы расчета массового расхода системы дымоудаления на расчетном режиме 38

1.6. Режим «поддува» работы системы дымоудаления 39

1.7. Выводы по первой главе и постановка задач исследования 50

Глава 2. Математические модели и методика расчета динамики опасных факторов пожара в машинных залах ТЭС 52

2.1. Интегральная модель 52

2.2. Зонная модель

2.2.1. Особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара 56

2.2.2. Основные уравнения 59

2.2.3. Условия однозначности и метод численного решения 61

2.3. Полевая модель 63

2.3.1. Основные особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара 63

2.3.2. Основные уравнения 64

2.3.3. Дополнительные соотношения 67

2.3.4. Условия однозначности 72

2.3.5. Метод численного решения 74

2.4. Методика расчета необходимого времени эвакуации людей из машинного зала с учетом режима «поддува» 75

2.5. Выводы по второй главе 80

Глава 3. Условия возникновения и расчет параметров режима «поддува» при работе системы дымоудаления в машинном зал ТЭС 82

3.1. Особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара 82

3.2. Условия возникновения режима «поддува» работы системы

дымоудаления с естественным побуждением при одномерном подходе 84

3.3. Исходные данные для численного эксперимента 87

3.4. Особенности термогазодинамической картины пожара при высоте дымоудаляющего отверстия, равной нулю 88

3.5. Влияние высоты дымоудаляющего отверстия на термогазодинамическую картину пожара 94

3.6. Математическое моделирование режима «поддува» работы системы дымоудаления с искусственным побуждением 98

3.7. Исходные данные для численного эксперимента 101

3.8. Критические условия возникновения «поддува» при работе системы дымоудаления с искусственным побуждением 102

3.9. Учет режима «поддува» в зонной математической модели 106

3.10. Выводы по третьей главе 106

Глава 4. Численное исследование динамики опасных факторов пожара в машинных залах ТЭС Вьетнама 108

4.1. Исходные данные 108

4.2. Время блокирования путей эвакуации ОФП в МЗ ТЭС с учетом работы системы дымоудаления 111

4.3. Практические рекомендации по расчету необходимого времени эвакуации и обеспечению безопасной эвакуации людей из машинных залов ТЭС Вьетнама 120

4.4. Выводы по четвертой главе 122

Заключение 124

Список сокращений и условных обозначений 126

Список литературы 127

• Особенности противопожарной защиты машинных залов ТЭС Вьетнама
• Особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара
• Особенности термогазодинамической картины пожара при высоте дымоудаляющего отверстия, равной нулю
• Время блокирования путей эвакуации ОФП в МЗ ТЭС с учетом работы системы дымоудаления

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Развитие экономики Вьетнама сопровождается ростом потребности в электроэнергии. Потребность в электроэнергии составляет 25-26 тыс. МВт/год и возрастает ежегодно на 10-15 %. В связи с этим, идет активное строительство гидроэлектростанций, атомных электростанций и тепловых электростанций (ТЭС). ТЭС составляют 50 % от общего числа электростанций при 76 % от суммарной мощности парка действующих электростанций.

За период с 2003 по 2012 гг. 45 % пожаров на объектах энергетики Вьетнама произошло на ТЭС. При этом зарегистрировано 73 крупных пожара, погибло 2 человека и общий ущерб превысил 10 млн. дол. США.

Основными местами возгорания на ТЭС являются машинные залы (МЗ) (45 % пожаров). Пожарная опасность МЗ обусловлена интенсивным развитием пожара из-за наличия большого количества горючих веществ, быстрым распространением токсичных продуктов горения, которые могут заполнять верхнюю часть залов до отметок обслуживания турбогенераторов за 3-5 мин. Поэтому безопасная эвакуация людей из МЗ невозможна без работы системы дымоудале-ния (СДУ), повышающей величину времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара (ОФП).

Эффективность работы СДУ может существенно уменьшаться из-за возникновения режима «поддува» (“plugholing”, ПД). В этом случае чистый воздух из-под припотолочного дымового слоя (ПС) за счет действия подъемных сил и перепада давлений внутри и снаружи помещения проходит через дымоудаляю-щее отверстие (ДО) и препятствует удалению продуктов горения из помещения.

Условия возникновения ПД и уменьшение расхода удаляемого дыма исследованы недостаточно широко для разработки надежного инженерного метода расчета. Поэтому для обеспечения безопасной эвакуации людей необходима разработка методики расчета времени блокирования путей эвакуации ОФП с учетом ПД.

Существенный вклад в понимание термогазодинамической картины пожара и обеспечение безопасной эвакуации людей в помещениях больших объемов и высот (без учета ПД) внесли Chow W. K., Tanaka T., Yamada S., Matsuyama K., Lougheed G. D., Присадков В.И., Кошмаров Ю.А., Поляков Ю.А., Пузач С.В., Есин В.М., Нгуен Тхань Хай и др. Изучением закономерностей ПД занимались Viot J., Vauquelin O., Rhodes N., Lougheed G. D., Ghosh B. K., Lubin B. T., Springer G. S. , Ji J., Gao Z.H., Fan C.G., Zhong W., Sun J.H. и др.

Сложность вышеприведенной задачи заключается в многофакторности и нелинейности задачи. МЗ являются протяженными пространствами, развитыми по вертикали и горизонтали, и имеющими большой объем (до 120000 м³) и высоту (до 37 м). Реальные физико-химические процессы, протекающие во время пожара в таких помещениях являются нестационарными, трехмерными, экспериментально слабо изученными. Поэтому моделирование тепломассообмена при пожаре в условиях работы СДУ в режиме ПД представляет собой крайне сложную, в полном виде нерешенную проблему.

Таким образом, разработка методики расчета времени блокирования путей эвакуации ОФП в МЗ, позволяющей определить необходимое время эвакуации людей при работе СДУ в условиях ПД и разработать эффективные противопожарные мероприятия по безопасной эвакуации людей из МЗ ТЭС, является актуальной научной и практической задачей.

Объектом исследования в диссертации являются тепломассообменные процессы, протекающие при пожаре в МЗ ТЭС Вьетнама при возникновении режима ПД работы СДУ и являющиеся основой для выполнения расчета времени блокирования путей эвакуации ОФП.

Предметом исследования является определение времени блокирования путей эвакуации ОФП при пожаре в МЗ ТЭС Вьетнама с учетом возникновения режима ПД при работе СДУ.

Целью диссертационной работы является разработка методики расчета времени блокирования путей эвакуации ОФП и эффективных противопожарных мероприятий в МЗ ТЭС Вьетнама для обеспечения безопасной эвакуации людей в условиях работы СДУ в режиме ПД.

Для достижения постановленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:

выполнить анализ пожарной опасности МЗ ТЭС Вьетнама и обеспечения условия безопасной эвакуации людей из них;

выполнить анализ условий возникновения и методов расчета параметров режима ПД работы СДУ с естественным и искусственным побуждением;

- разработать методику расчета времени блокирования путей эвакуации
ОФП с использованием модифицированного зонного метода прогнозирования
динамики ОФП в МЗ ТЭС, учитывающего режим ПД при работе СДУ с естест
венным и искусственным побуждением;

выполнить тестирование предложенных математических моделей на экспериментальных данных, полученных в условиях режима ПД работы СДУ, и на результатах численных экспериментов, проведенных с использованием трехмерной полевой модели расчета термогазодинамики пожара;

провести численные эксперименты по изучению особенностей динамики полей ОФП в условиях работы СДУ с учетом возникновения ПД в модельных МЗ ТЭС;

разработать рекомендации по определению времени блокирования путей эвакуации ОФП при пожаре в МЗ ТЭС Вьетнама при работе СДУ с учетом режима ПД, а также мероприятия по предотвращению режима ПД в условиях работы СДУ с целью обеспечения безопасной эвакуации людей.

Методы исследования. Основными методами исследования являются методы газодинамики и тепломассообмена, численные методы решения систем дифференциальных уравнений, анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые предложена методика расчета времени блокирования путей эвакуации ОФП с использованием модифицированного зонного метода прогнозирования динамики ОФП в МЗ ТЭС, учитывающего ПД при работе СДУ с естественным или искусственным побуждением.

2. Впервые получена зависимость минимальной среднеобъемной темпера
туры ПС, при которой появляется ПД, от высоты стенки ДО, толщины ПС, пере
пада давлений по высоте внутри и снаружи ДО, скорости движения газовой сме
си в ПС, а также от коэффициента гидравлического сопротивления ДО в услови
ях работы СДУ с естественным побуждением.

1. Получены новые теоретические данные по особенностям динамики полей ОФП при работе СДУ с естественным и искусственным побуждением в режиме ПД в модельных МЗ ТЭС.

2. Впервые получена зависимость площади и количества ДО от расхода вентилятора СДУ и толщины ПС, которая позволяет предотвратить возникновение ПД.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных физико-математических методов анализа, а также численного решения дифференциальных уравнений в частных производных. Предложенные математические модели имеют достаточно точное для инженерных методов расчета совпадение с экспериментальными и теоретическими данными, приведенными в литературных источниках.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании научной основы обеспечения безопасной эвакуации людей при пожаре в МЗ ТЭС Вьетнама. Предложенная методика расчета позволяет более надежно, чем существующие методики, определять время блокирования путей эвакуации ОФП при работе СДУ в режиме ПД.

Методика позволяет выбрать параметры СДУ (площадь, количество, расположение и высота стенки ДО, расход вентилятора), при которых исключается ПД.

На основе предложенной методики возможно построение системы регулирования работы вентиляторов с целью исключения ПД.

Результаты диссертации внедрены в российские и вьетнамские государственные стандарты, а также в образовательный процесс высших учебных заведений по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара».

Материалы диссертации реализованы при:

- разработке противопожарных мероприятий на ТЭС "Фа Лай" (Вьетнам,
2015 г.);

- разработке нормативных документов по пожарной безопасности ТЭС
Вьетнама для ГУПО Вьетнама, 2015 г.;

- разработке дисциплины «Прогнозирование опасных факторов пожара» в
Институте пожарной безопасности Вьетнама, 2015 г.;

- разработке и создании планов безопасной эвакуации людей при пожаре в ТЭС Вьетнама, в здании электроэнергетической корпорации Вьетнама (ЭКВ), 2015 г.;

разработке и создании планов безопасной эвакуации людей при пожаре в ТЭС Дуенг Хай ОАО «Тинь Тхюй» (Вьетнам) с целью обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности, 2015 г.;

разработке фондовых лекций по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» по темам №6 «Основные положения зонного моделирования пожара» и №8 «Основы дифференциального метода прогнозирования ОФП» в Академии ГПС МЧС России, 2015 г.

Основные результаты работы были доложены на: XXIII Международной научно-технической конференции «Системы безопасности – 2014» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2014 г.); IX Международной научно-практической конференции «Пожарная и аварийная безопасность» (Иваново, Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014 г.); V Международной научно-технической конференции «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы» (Воронеж, Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве» (Минск, Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (Воронеж, Воронежский государственный технический университет, 2014 г.); III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Воронеж, Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы» (Минск, Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2015 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы техносферной безопасности-2015» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2015 г.).

На защиту выносятся:

1. Зависимость минимальной среднеобъемной температуры ПС, при кото
рой появляется ПД, от высоты стенки ДО, толщины ПС, перепада давлений по
высоте внутри и снаружи ДО, скорости движения газовой смеси в ПС и от ко
эффициента гидравлического сопротивления ДО в случае СДУ с естественным
побуждением.

2. Модифицированная зонная математическая модель расчета динамики
ОФП, позволяющая определить возникновение ПД и уменьшение расхода уда
ляемого дыма при работе СДУ с естественным или искусственным побуждени
ем.

3. Методика определения времени блокирования путей эвакуации ОФП в МЗ ТЭС с учетом ПД при работе СДУ с естественным или искусственным побуждением с использованием модифицированной зонной математической модели расчета динамики ОФП.

4. Результаты численных экспериментов по особенностям динамики полей ОФП при работе СДУ в режиме ПД в МЗ ТЭС Вьетнама;

5. Основные положения рекомендации по обеспечению выполнения условия безопасной эвакуации людей при пожаре из МЗ ТЭС Вьетнама при работе СДУ, а также по выбору параметров СДУ (площадь, количество, расположение и высота стенки ДО, расход вентилятора), при которых исключается появление ПД.

Публикации: по результатам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 143 страницах текста, включает в себя 47 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 139 наименований.

Особенности противопожарной защиты машинных залов ТЭС Вьетнама

Пожар в МЗ протекает в сложных термогазодинамических условиях при одновременном воздействии ряда возмущающих течение факторов, таких, как неизотермичность, турбулентность, сжимаемость, излучение, протекание химических реакций, продольный и поперечный градиенты давления, вдув-отсос на стенке, шероховатость стенки, кривизна поверхности и переход ламинарного режима течения в турбулентный [6].

К числу основных особенностей тепломассообменных процессов при пожаре в МЗ относятся следующие [6]: - наибольшая разница давлений в разных зонах МЗ при отсутствии взрывов с образующимися ударными волнами не превышает десятых долей процента от величины среднего давления в помещении; - скорости потоков газов малы по сравнению со скоростью звука; - тепловые эффекты химических реакций определяют тепловой режим МЗ; - скорости диффузии газов достаточно велики, т.е. необходимо учитывать процессы термодиффузии и турбулентной диффузии. Также необходимо учитывать повышенную влажность воздуха и повышенную температуру в климатических условиях Вьетнама. Климат Вьетнама – субтропический и тропический. Средняя годовая влажность воздуха составляет 88-95 %, которая в течение года меняется от 75 % до 97 %. Высокая влажность приводит к образованию конденсата, вызывающего коррозию и короткое замыкание печатных схем и проводников и, как следствие, выходу из строя отдельных узлов аппаратуры.

В турбулентных потоках параметры газовой среды (скорость, давление, температура и др.) при пожаре испытывают беспорядочные пульсации. Мгновенное распределение всех величин в любой момент времени в МЗ не определяется однозначно только системой исходных уравнений и начальными и граничными условиями, но также существенно зависит от малых случайных возмущений. Поэтому в полном виде задача должна ставиться так [11]: - задано распределение вероятностей полей всех величин в начальный момент времени; - найти вероятности реализации различных полей этих величин в различные моменты времени.

Однако в такой постановке решение конкретных задач даже при современном развитии ЭВМ не представляется возможным. Поэтому используются уравнения для менее полного описания турбулентных течений (плотности вероятности различных значений параметров [12]), например, уравнения Навье-Стокса [12] или при рассмотрении осредненных по времени параметров - уравнения Рейнольдса [12].

Прямое численное решение уравнений Навье-Стокса, записанных для мгновенных значений параметров потока газа в нестационарных трехмерных термогазодинамических условиях пожара, не будет возможным в течение ближайших лет, несмотря на громадный прогресс в быстродействии ЭВМ.

Решение системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных (законов сохранения) для осредненных по времени параметров газа (уравнения Рейнольдса) в настоящее время возможно с помощью замыкания системы моделью турбулентности (“моментные” методы).

Известные модели турбулентности k-e, k-&, алгебраические [6] и другие показывают, что каждому конкретному случаю течения соответствует вполне определенный набор констант моделирования в модели. В любой модели турбулентности оговорен круг течений и условий, для которых она справедлива [6]. Константы моделирования различных моделей еще недостаточно систематизированы для широкого круга даже стационарных безотрывных течений. Применение усложненных моделей турбулентности не привело к ожидаемому результату. Точность всех существующих моделей турбулентности при определении параметров пограничного слоя составляет порядка 20-30%, в отдельных случаях ошибка может достигать 100% [6].

Таким образом, математическое моделирование конвективного турбулентного тепломассообмена при пожаре в МЗ требует тщательного выбора метода расчета. Современные модели расчета тепломассообмена при пожаре в помещении можно разделить на три группы [7]: - интегральные; - зонные; - полевые (дифференциальные).

Различие моделей заключается в разном уровне детализации физико-математической картины пожара. В интегральных моделях [6, 7] (наиболее простых в математическом описа нии) искомыми параметрами являются среднеобъемные величины давления, тем пературы, плотности, массовых концентраций кислорода, токсичных продуктов горения, огнетушащего вещества и оптической кон центрации дыма. Модель представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Основными уравнениями являются нестационарные дифференциальные одномерные уравнения законов сохранения массы и энергии для всей газовой среды помещения. Схема тепломассообмена приведена на рисунке 1.9 [6].

Использование интегральных моделей для расчета динамики ОФП в МЗ некорректно, так как, как правило, высота МЗ больше предельной высоты 6 м [7], выше которой несправедливы эмпирические распределения величин ОФП по высоте (вопрос об их справедливости остается открытым и для помещений с высо 28 той, меньшей 6 м). Поэтому в настоящее время нельзя корректно определить, зная среднеобъемные величины ОФП в МЗ, их локальные значения, например, на уровне рабочих зон МЗ.

Особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара

Условия однозначности задачи расчета тепломассообмена разделяются на геометрические, физические, начальные и граничные условия [51]. Геометрическими условиями в зонной модели являются [7]: - размеры помещения (по внутренним поверхностям ограждающих строительных конструкций): длина, ширина и высота; - размеры открытых и вскрывающихся (под действием повышенной температуры) проемов: высоты от уровня пола до нижнего и верхнего краев проема; ширина проема; - размеры открытой поверхности горючего материала: площадь (или длина и ширина при прямоугольной форме и т.п.); - толщины (для каждого слоя при многослойных конструкциях) ограждающих строительных конструкций.

Физическими условиями задачи являются [7]: - теплофизические свойства газовой среды помещения и воздуха: удельные массовые изобарные теплоемкости; газовые постоянные; - теплофизические свойства материалов ограждающих конструкций (для каждого слоя при многослойных конструкциях): плотности, теплоемкости и коэффициенты теплопроводности; - параметры горючего материала: удельная массовая скорость газификации, низшая рабочая теплота сгорания, удельный выход продуктов горения, удельное потребление кислорода, линейная скорость распространения пламени в случае твердого горючего материала или время стабилизации горения для горючей жидкости, удельное дымовыделение; - температуры вскрытия разрушающихся под воздействием повышенной температуры проемов. Граничные условия задачи: - внутренние поверхности ограждающих конструкций: коэффициенты теп-лопотерь ф и х; - открытая поверхностью горючего материала: массовая скорость газификации горючего вещества; - внутренние поверхности открытых проемов: массовые расходы вытекающей наружу газовой смеси и притока наружного воздуха и Тв. Начальные условия (в момент времени т = 0) имеют вид: - к уравнению (2.12): zk = Н–Ъ; Т2 = То, - к уравнению (2.13): р2 = ро. где Н - высота помещения, м; 8 - толщина горючего материала, м. Модель процесса газификации горючего материала аналогична случаю полевой модели (выражения (2.30)-(2.32)). Уравнения (2.11)-(2.13) решены с использованием численного метода Рунге-Кутта 4-го порядка точности [15]. 2.3. Полевая модель

Основные особенности и упрощения термогазодинамической картины пожара Пожар в МЗ ТЭС протекает в сложных термогазодинамических условиях при одновременном воздействии ряда возмущающих течение факторов [6]: - неизотермичность; - сжимаемость; - продольный и поперечный градиенты давления; - вдув на стенке (поступление в помещение продуктов внутренней деструк-туризации материала твердых конструкций, тепломассообменная защита конструкций); - излучение; - протекание химических реакций; - двух или трехфазность (одновременное сосуществование нескольких фаз – газ +твердые частицы, газ+жидкость, газ+твердые частицы+жидкость); - шероховатость поверхностей конструкций; - кривизна поверхности; - турбулентность; - переход ламинарного режима течения в турбулентный.

Основными особенностями тепломассообменных процессов при пожаре в МЗ являются следующие: - наибольшая разница давлений в разных зонах помещения не превышает десятых долей процента от величины среднего давления в помещении (при отсутствии взрывов с образующимися ударными волнами); - скорости потоков газов малы по сравнению со скоростью звука (при отсутствии детонационного горения и ударных волн); - тепловые эффекты химических реакций определяют тепловой режим по мещения; - необходимо учитывать процессы турбулентной диффузии. Принимаем следующие основные упрощения реальной термогазодинамической картины пожара в МЗ: - существует локальное термодинамическое и химическое равновесие во всем объеме помещения (можно использовать равновесное уравнение состояния); - газовая среда является смесью идеальных газов, что справедливо в диапазонах температур и давлений, характерных при пожаре [7]; - локальные скорости и температуры компонентов газовой смеси и твердых (или жидких) частиц одинаковы между собой в каждой точке пространства (одно-скоростная и однотемпературная модель) (межфазным взаимодействием (температурным скачком и “скольжением” фаз друг относительно друга) пренебрегаем); - химическая реакция горения является одноступенчатой и необратимой; - диссоциация и ионизация среды при высоких температурах не учитывается; - турбулентные пульсации не влияют на теплофизические свойства среды; - взаимным влиянием турбулентности и излучения пренебрегаем; - пренебрегается обратным влиянием горения на скорость газификации го рючего материала, т.е. скорость газификации пожарной нагрузки рассчитывается на основе экспериментальных зависимостей без учета текущих параметров газо вой среды; - термо- и бародиффузией пренебрегаем. Таким образом, газовая среда МЗ рассматривается как вязкий теплопроводный сжимаемый идеальный газ.

Полевая модель расчета тепломассообмена при пожаре основана на уравнениях, являющихся выражением фундаментальных законов физики – законов сохранения массы, импульса и энергии. Рассмотрим основные уравнения модели, записанные в ортогональной системе координат.

Особенности термогазодинамической картины пожара при высоте дымоудаляющего отверстия, равной нулю

В момент включения СДУ толщина ПС при N=20% (по правилу N процентов [42]) в случае пож=1,26 МВт составляет: - тд=10 с: /7=0,62 м; -тд=60 с: /7=1,52 м.

Характерные поля температур до включения СДУ {а) и при возникновении ПД (б) с использованием программы [21] при QmyK=11,34 МВт и аю=Ъ м представлены на рисунке 3.7, где x, z - координаты вдоль длины и высоты помещения соответственно, м.

На рисунке 3.8 показаны зависимости безразмерной критической температуры ПС от безразмерной высоты ДО, полученные с использованием формул (3.5) и (3.6) и трехмерной полевой модели. В выражении (3.5) принималось, что рт = 7 Па (среднее значение в момент открытия ДО по результатам трехмерных расчетов). При пожаре в помещение характерные значения избыточного давления в ПС находятся в диапазонерт = 5-20 Па [6, 7].

Расчеты показали, что в уравнении (3.5) величина члена уравнения тт. 77І не превышает 7 % от величины члена уравнения 7п тГ\ При использовании программы [27] принималось, что QnoyK=\\,34 МВт и аДо=3 м. В этом случае: тд=15 с и /7=2,0 м. Для программы [21]: Пож=5,04 МВт; ядо=1,5 и 3 м; тд=5-20 с и /7=0,3-1,3 м. Критическое число Фруда, в которое входит средняя скорость в плоскости входного сечения ДО, по программе [21] определить не удалось. При использовании программы [27]: FrKp=0,33. Полученное значение существенно меньше FrKp=2 (ур. (3.4)), полученного в одномерном приближении с учетом только гравитационных сил. Экспериментальные значения безразмерной критической температуры, полученные в работах [45, 46], также приведены на рисунке 3.8. а

Поля температур в продольном сечении модельного помещения, проходящем через его ось симметрии, без СДУ (а) и при работе СДУ в режиме ПД (б): 1 – открытая поверхность горючего материала; 2 – ДО; 3 – открытая дверь h Рисунок 3.8 - Зависимости безразмерной критической температуры ПС от безразмерной высоты ДО: расчет: 1 - формула (3.5); 2 - формула (3.6); 0 - полевая модель [27]; о - полевая модель [21]; эксперимент: D - [45]; А - [46]

Из рисунка 3.8 видно, что учет среднего избыточного давления в ПС приводит к существенному уменьшению величины безразмерной критической температуры по сравнению с одномерным подходом (выражение (3.6)), при котором учитывается только влияние подъемных сил. Так при ho=0: - Т2 =2, Г2др=586 К=313С (ур. (3.6)); - Т2 =1,41, Г2др=413,1 К=140,1С (ур. (3.5)). Зависимости безразмерных массовых расходов газовой смеси, выходящей из помещения наружу через ДО, от безразмерной высоты ДО в случае 0пож=П,34 МВт при Т2=343 К, /7=0,5 м и ядо=1,2 м (программа [27]) показаны на рисунке 3.9. Обозначения на рисунке 3.9 следующие: G0 - массовый расход через ДО при Ао=0, кг/с; Gh0 - массовый расход через ДО при /7 0, кг/с; G - безразмерный расход. G полусферическая поверхность; 8 –направление движения смеси газов к вентилятору СДУ При использовании зонного подхода принимаем следующие основные упрощения термогазодинамической картины течения в ПС: - существует резко выделенная граница между зонами ПС и холодного воздуха, при переходе через которую термогазодинамические параметры изменяются скачкообразно; - ПС равномерно прогрет и равномерно задымлен. Принимаем, что в уравнениях состояния идеального газа для воздуха и газовой смеси давления и газовые постоянные равны друг другу. В этом случае: р2Т2 = рвГв , где Тв - температура холодного воздуха в помещении, К; Т2 - среднеобъемная температура ПС, К; рв - плотность холодного воздуха в помещении, кг/м3; 2 -среднеобъемная плотность смеси газов в ПС, кг/м3.

При критическом режиме работы (начало ПД) в ДО начинает поступать воздух из зоны холодного воздуха. В соответствии с одномерным уравнением Бернулли вертикальная составляющая скорости подъема воздуха в его входном сечении, при которой столбик холодного воздуха поднимается на высоту h (см. рисунок 3.2, а): WKP = л2І , (3.9) где wкр - критическая скорость во входном сечении отверстия, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Тогда в начале возникновения ПД критический массовый расход смеси газов и дыма, удаляемой вентилятором через ДО, составит:

Схема тепломассообмена в помещении с использованием зонной модели: 1 стены; 2 - перекрытие; 3 - открытый проем; 4 - горючий материал; 5 - нижняя граница ПС; б СДУ; 7 - приточная вентиляция; 8 - высота пламенной зоны; / - зона конвективной колонки; Я- зона нагретого задымленного ПС; III - зона холодного воздуха; Qw1, Qw2, Qc, Qf - тепловые потоки, отводящиеся в стены (ниже и выше нижней границы ПС), потолок и пол соответственно, Вт; Qp - тепловой поток, излучаемый через проем, Вт; скорость газификации горючего материала, кг/с

Высота нижней границы ПС находится из решения дифференциального уравнения (2.12), полученного из закона сохранения энергии для ПС [9]: где zк - высота до нижней границы припотолочного слоя от открытой поверхности горючего материала, м; т - время, с; Fп - площадь потолка помещения, м2; Gк - массовый расход газовой смеси, поступающей из конвективной колонки в при 101 потолочный слой, кг/с; Ф = (бм +Qw2 +QC +Qf +QpVQпож - коэффициент тепло-потерь; Gд - массовый расход СДУ, кг/с.

Начальное условие (при т = 0) имеет вид: Zk = Н –8; где Н - высота помещения, м; 8 - толщина горючего материала, м.

Среднеобъемная температура и плотность в ПС слое находятся из решений дифференциального уравнения закона сохранения массы ПС и уравнения состояния идеального газа соответственно [7]:

Время блокирования путей эвакуации ОФП в МЗ ТЭС с учетом работы системы дымоудаления

Расчет выполнен с использованием программного комплекса [21] (полевая модель) и программного комплекса [27] (зонная модель). Характерные поля температур в различные моменты времени при различных вариантах развития пожара представлены на рисунках 4.3-4.7. Анализ результатов расчета показывает, что при работе СДУ режим ПД отсутствует только при варианте_05 развития пожара. Зависимости от времени с начала пожара дальности видимости на высоте рабочей зоны на отметке +29.300 приведены на рис. 4.8-4.12.

Из рисунков 4.8-4.12 видно, что время блокирования путей эвакуации по потере видимости и необходимое время эвакуации на отметке +29.300 в случае наиболее опасного сценария развития пожара равно:

Расчетное время (тр) определялось при условии отсутствия маломобильных групп населения. Плотность людского потока была меньше величины D 0,05 м2/м2. В соответствии с [3] скорость движения людского потока составляла: - горизонтальный путь: v = 100 м/мин.; - лестница вниз: v = 100 м/мин.; - лестница вверх: v = 60 м/мин. Длины горизонтальных участков путей эвакуации шириной 3 м на отметках -4,00 м принимались равными 108 м, на отметках +6,40, +13,70, +24,00 и +29,30 м составляли 120 м. Время начала эвакуации (тнэ) принималось равным 0,5 мин. для различных уровней МЗ и 2 мин. для уровней производственного корпуса, расположенных ниже уровня пола МЗ.

Расчетное время (тр) определялось при условии отсутствия маломобильных групп населения и составляло: тр=2,25 мин.=135 с.

Сравнив величины необходимого и расчетного времени эвакуации на отметке +29.300, можно сделать вывод, что условие безопасной эвакуации людей из МЗ ТЭС выполняется только при варианте_05 развития пожара, при котором отсутствует появление «поддува».

Вывод: условие безопасной эвакуации людей из МЗ ТЭС Зуен Хай Вьетнама выполняется только при работе СДУ с механическим побуждением в случае отсутствия режима ПД.

Практические рекомендации по расчету необходимого времени эвакуации и обеспечению безопасной эвакуации людей из машинных залов ТЭС Вьетнама При определении необходимого времени эвакуации людей при пожаре в МЗ ТЭС необходимо учитывать следующие факторы, не учитываемые в современных научных и нормативных методиках расчета: - высота ДО; - возникновение режима ПД при работе СДУ. Расчет динамики ОФП выполняется с использованием полевой модели (при одном-двух вариантах расчетов) или предложенной модифицированной зонной модели. Для проверки выполнения условия обеспечения безопасной эвакуации людей из МЗ ТЭС необходимо провести следующие расчеты [19]: - определение расчетного (фактического) времени эвакуации; - определение необходимого времени эвакуации при свободном развитии пожара.

Если условие безопасной эвакуации не выполняется, то проводятся многовариантные расчеты необходимого времени эвакуации с использованием модифицированной зонной модели при различных параметрах СДУ. Из анализа результатов расчета находятся параметры СДУ, обеспечивающие выполнение условия безопасной эвакуации людей из машинного зала.

Если при работе СДУ возникает режим ПД, при котором не выполняется условие безопасной эвакуации персонала, то необходимо регулировать массовый расход СДУ для предотвращения наступления ПД.

При СДУ с искусственным побуждением система регулирования массового расхода СДУ должна включать в себя следующие основные элементы: - детекторы определении толщины ПС; - датчики измерения температуры в ПС; - программируемое реле регулирования частоты вращения вентилятора СДУ. Принцип работы системы регулирования массового расхода СДУ с искусственным побуждением заключается в том, что в каждый момент времени (или дискретно с заданным шагом по времени): - определяется средняя температура ПС; - находится толщина ПС; - определяется критическая скорость в соответствии с уравнением (3.3); - из уравнения (3.10) находится критический расход СДУ; - по критическому расходу СДУ и расходной характеристике вентилятора определяется частота вращения вентилятора, при которой наступает ПД; - устанавливается частота вращения вентилятора, при которой расход венти лятора меньше (с коэффициентом запаса 0,8) критического расхода. При СДУ с естественным побуждением система регулирования массового расхода СДУ должна включать в себя следующие основные элементы: - детекторы определении толщины ПС; - датчики измерения температуры и давления в ПС. Принцип работы системы регулирования массового расхода СДУ с естественным побуждением заключается в том, что в каждый момент времени (или дискретно с заданным шагом по времени): - определяется средняя температура ПС; - определяется среднее давление в ПС; - находится толщина ПС; - определяется критическая температура в соответствии с уравнением (3.5); - при выполнении условия (3.14) режима ПД нет; - если условие (3.14) не выполняется, то необходимо уменьшить высоту ДО до величины, при которой соотношение (3.14) выполняется.