Содержание к диссертации
Введение
Глава 1: Анализ пожаров в жилых зданиях 8
1.1 Статистика пожаров 8
1.1.1 Обстановка с пожарами на планете 8
1.1.2 Обстановка с пожарами в России за 1999-2003 гг 13
1.1.3 Развитие пожаров в жилых зданиях с гибелью людей в г. Москве в 1990-
1997 гг.: 17
1.1.4 Оценка вероятности возникновения пожара в жилых зданиях 22
1.1.5 Статистический анализ факторов, характеризующих развитие пожара в жилом здании 24
1.1.6 Причины гибели людей при пожарах в жилых зданиях 31
1.2 Нормативные требования к обеспечению пожарной безопасности жилых зданий повышенной этажности 38
1.3 Экономический ущерб от пожаров в жилых зданиях 40
1.4 Анализ параметров городской застройки жилого комплекса в СРВ 42
1.5 Выводы. Постановка задачи 45
Глава 2: Пожарная нагрузка в помещениях жилых зданий 47
2.1 Планировка типовых квартир в жилых зданиях 47
2.1.1 Однокомнатная квартира 50
2.1.2 Двухкомнатная квартира 53
2.1.3 Трехкомнатная квартира 53
2.2 Методика определения пожарной нагрузки в жилых зданиях 54
2.2.1 Допущения, принимаемые при оценки пожарной нагрузки по статистическим данным. 55
2.2.2 Метод проведения обследования пожарной нагрузки 56
2.2.3 Результаты обследования пожарной нагрузки 56
2.3 Пожарная опасность материалов, применяемых в жилых зданиях 59
2.3.1 Пожарная опасность древесины 62
2.3.2 Пожарная опасность полимерных материалов 68
2.3.3 Определение горючести материалов при моделировании пожара 75
2.4 Тепловыделение при горении предметов домашнего интеръера 77
2.4.1 Методика оценки тепловыделения 77
2.4.2 Характеристики тепловыделения при горении предметов домашнего интерьера 83
2.4.3 Определение теплотворной способности предметов домашней обстановки, принятых при моделировании пожара 92
2.5 Оценка пожарной нагрузки в помещениях жилых зданий 94
2.5.1 Пожарная нагрузка общих комнат 96
2.5.2 Пожарная нагрузка спален 99
2.5.3 Общая пожарная нагрузка квартир жилых зданий 103
Глава 3: Описание программного комплекса FDS и инженерные методы прогноза температурного режима пожара в помещении 106
3.1 Теоретические основания модели 106
3.2 Компоненты программного комплекса FDS 110
Ъ2.\ Гидродинамическая модель 110
3.2.2 Модель горения 111
3.2.3 Радиационная теплопередача 112
3.2.4 Условие однозначности 112
3.2.5 Спринклеры и датчики 116
3.3 Входные и выходные данные программного комплекса FDS. 116
3.3.1 Входные данные 116
3.3.2 Выходные данные 117
3.4 Алгоритм реализации модели 118
3.5 Цели модели 120
3.6 Температурный режим пожара в помещениях зданий и инженерные методы их прогноза 121
3.6.1 Температурный режим пожара в помещении 121
3.6.2 Инженерные методы прогноза температурного режима пожара в помещении125
Глава 4: Температурный режим пожара в помещениях жилых зданий 130
4.1 Условия моделирования пожара в исследуемых квартирах 130
4.2 Сценарии развития пожара 131
4.3 Определение размеров вычислительной сетки 135
4.4 Результаты моделирования температурного режима пожара 135
АЛЛ Расчетные скорости тепловыделения 136
4.4.2 Расчетные температурные режимы пожара 137
Глава 5: Оценка требуемых пределов огнестойкости ограждающих конструкций квартир жилых зданий : 140
5.1 Метод определения теплотехнической и статической части расчета огнестойкости 140
5.1.1 Метод определения теплотехнической и статической части расчета огнестойкости 140
5.1.2 Определение температуры по глубине строительных конструкций под действием расчетных температурных режимов 145
5.2 Расчет требуемых пределов огнестойкости перекрытий 152
5.3 Расчет требуемых пределов огнестойкости межквартирных стен 155
5.4 Оценка требуемых пределов огнестойкости входных дверей 156
Выводы 159
Список использованной литературы
- Обстановка с пожарами в России за 1999-2003 гг
- Двухкомнатная квартира
- Гидродинамическая модель
- Определение размеров вычислительной сетки
Введение к работе
Актуальность исследования
В условиях современной социальной ситуации потребность для жилья граждан Республики Вьетнама, особенно для жителей в больших городах таких как Ханой и Хошимин очень велика. Поэтому строится много многоэтажных жилых зданий в городах. Помимо этого, развитие научно-технического прогресса и повышение уровня жизни привели к необходимости улучшения бытовых условий людей. Насыщения жилых помещений бытовой техникой, предметами домашнего обихода повышает пожарную опасность зданий, что подтверждается данными пожарной статистики [3].
В мире, на протяжение последнего десятка лет в жилых зданиях городов, особенно крупных и крупнейших, обстановка с пожарами существенно обострилась. Пожары в жилых зданиях крупных и крупнейших городов составляют до 85-87% от общего число пожаров в них [48]. Анализ пожарной статистики показывает, что ежегодно в мире регистрируется около 6,9 млн. пожаров, на которых погибают примерно 69,3 тыс. человек. Распределение пожаров и погибших от пожаров по континентам имеет следующий вид: в Европе происходит 2,2 млн. пожаров и погибают 25 тыс. человек, в Азии - 1,0 млн. пожаров и 30 тыс. чел., в Северной Америке - 2,3 млн. пожаров и 6,5 тыс. чел., в южной Америке - 0,5 млн. и 2,5 тыс. чел., в Африке - 0,8 млн. пожаров и 5 тыс. чел., в Австралии - 0,1 млн. пожаров и 0,3 тыс. человек [3]. Погрешность этих оценок не превышает 10-15%, но при этом следует учитывать, что по различным причинам значительная часть пожаров не регистрируется. Поэтому общее число пожаров, ежегодно возникающих на нашей планете можно оценить примерно в Юмлн., т.е. каждые 3 секунды на земле где-нибудь возникает пожар. Каждый час при пожарах погибают 8 чел. и несколько десятков человек получают травмы.
В СРВ, у которой проживают 78 млн. чел., ежегодно происходит 4000 пожаров, на которых погибают более 70 чел.
Поданным Всемирного Центра пожарной статистики в большинстве развитых стран мира (более 20 стран) суммарные потери от пожаров и затраты на борьбу с ними ежегодно составляют примерно 1% валового внутреннего продукта (ВВП) национальной экономики, причем 0,3% ВВП приходится на ущерб от пожаров и 0,7%о ВВП - на затраты, связанные с борьбой с пожарами[153]. Затраты на борьбу с пожарами в среднем в два раза превышают ущерб от пожаров.
В каждой стране примерно половину всех пожаров составляют пожары в зданиях (40% от всего) и на транспорте. При этих пожарах погибают примерно 95% все погибших от пожаров. При этом в жилых зданиях происходит около 80-85%о всех пожаров в зданиях. В 1997г. доля пожаров в жилых зданиях от числа пожаров во всех зданиях составляет: для США - 73,7%; для России - 83,9%; для Великобритании - 61,9%; для Новой Зеландии - 96,1%. Следовательно, 95%) всех погибших на пожарах людей погибают при пожарах в зданиях или на транспорте, в том числе 80%) - в жилых зданиях; 10% - в других зданиях; 5% - на транспортах; 1% - в лесах; 4% - в других пожарах.
В жилых зданиях, хотя принимаются необходимые меры, пожары возникают регулярно. Крупные и крупнейшие пожары в жилых высотных этажных зданиях сопровождались гибелью большого числа людей и огромными материальными потерями.
Во многих странах до прибытия пожарных подразделений к месту пожара ликвидируется около 10%) всех пожаров; первичными средствами пожаротушения или одним стволом ликвидируется до 60-70%) всех пожаров.
Проблема гибели людей на пожарах в России - самая острая в комплексе проблем борьбы с пожарами. Она практически не зависит от возможностей противопожарной службы и целиком обусловлена социально-экономическими условиями.
В России ежегодно возникает около 300 тыс. пожаров, при которых погибает примерно 20 тыс. чел. и столько же человек получают травмы. Общий материальный ущерб от пожаров за год можно оценить в среднем 0,5% ВВП страны [3].
Статистика подтверждает, что во всех странах постепенно растет число так называемых крупных пожаров, сложных для тушения и приносящих огромный ущерб. Поэтому становятся необходимыми исследованиями в области борьбы с пожарами (в том числе и в жилых зданиях), чтобы снизить материальные потери и уменьшить число погибающих при пожарах.
Для тушения пожаров в жилых зданиях применяется вода в виде компактных струй, подаваемая в больших количествах в горящее помещение. При возникновении пожара на верхних этажах здания ущерб возникает не только от огня, но и от применяемой воды, которая проникает на нижние этажи здания, разрушая отделку квартир и выводя из строя дорогостоящую бытовую технику.
До мнению специалистов ущерб от применения воды при тушении пожаров в многоэтажных зданиях сопоставим, а в некоторых случаях и превосходит ущерб, наносимый огнем. Цель и задачи исследования
Целью работы является оценка возможности ограничения распространения пожара по многоэтажному зданию пределами одной квартиры, в которой пожар возник, конструктивными способами.
Для достижения этой цели сформулированы следующие задачи:
• провести анализ планировок наиболее распространенных типов квартир в жилых зданиях;
• оценить величину горючей нагрузки в типовых квартирах жилых зданий;
• разработать сценарии развития пожаров в квартирах жилых зданий;
• оценить интенсивность тепловыделения и закономерности изменения температуры при развитии пожаров в жилых помещениях;
• рассчитать требуемые пределы огнестойкости ограждающих конструкций квартир исходя из условия свободноразвивающегося пожара;
• разработать рекомендации по величинам требуемых пределов огнестойкости ограждающих конструкций жилых квартир.
Научная новизна работы заключается:
• в оценке характера и величины горючей нагрузки в типовых квартирах современных жилых зданий;
• в получении данных о скорости тепловыделения и температурном режиме полсара в жилых помещениях;
• в получении данных о требуемых пределах огнестойкости ограждающих конструкций квартир жилых зданий для условия свободноразвивающегося пожара.
Практическая значимость
В ходе работы над диссертацией оценены требуемые пределы огнестойкости ограждающих конструкций квартир жилых зданий, обеспечивающих нераспространение пожара за пределы квартиры, в которой полсар возник. Применение подобных конструкций обеспечивает неразрушение здания при отсутствии тушения полсара большими количествами воды. В этих условиях изменяются тактика оперативных пожарных подразделений: основные усилия прибывающих на полсар расчетов могут быть направлены на спасение людей. Одновременно снилсается ущерб, наносимый жилым помещениям водой. Основные положения диссертации, которые выносятся на защиту:
• результаты исследования горючей нагрузки в помещениях лсилых зданий;
• результаты исследования интенсивности тепловыделения при развитии пожаров в квартирах лсилых зданий;
• результаты исследования температурного режима свободноразвивающегося полсара в квартирах жилых зданий;
• результаты определения требуемых пределов огнестойкости огралсдающих конструкций квартир.
Краткое описание структуры диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.
В первой главе проанализирована статистика полсаров в лсилых зданиях.
Описана обстановка с полсарами в РФ за период с 1999 по 2003 г. Оценена вероятность возникновения пожара в жилых зданиях. Выполнен статистический анализ факторов, характеризующих развитие пожара в жилом здании. Проанализированы причины гибели людей при пожарах в зданиях. Приведены нормативные требования по обеспечению пожарной безопасности жилых зданий.
Вторая глава диссертации посвящена исследованию характера и величины пожарной нагрузки в помещениях жилых зданий. Для этого изучена планировка типовых двух-, трех- и четырехкомнатных квартир, проектируемых и строящихся в городах Ханое и Хошимине. Описана методика, использованная при определении горючей нагрузки. Дана характеристика пожарной опасности материалов, применяемых в жилых зданиях. Выполнена количественная оценка пожарной нагрузки в помещениях жилых зданий.
В третьей главе приведено описание программного комплекса FDS и инженерных методов прогноза температурного режима пожара в помещениях.
Четвертая глава содержит результаты оценку температурных условий развития пожара в помещениях жилых зданий. Приведены условия моделирования пожара в квартирах, описаны возможные сценарии развития пожара, приведены результаты моделирования температурного режима пожара.
В пятой главе выполнены расчеты требуемых пределов огнестойкости ограждающих конструкций квартир жилых зданий: перекрытий, междуквартирых стен, входных дверей. Результаты расчетов сопоставлены с требованиями действующих нормативных документов.
Обстановка с пожарами в России за 1999-2003 гг
В России в 2003 г. численность населения составляла 144,5 млн. чел., зарегистрировано 239 тыс. пожаров, при которых погибло 19303 чел.[50]. Следовательно, за год на 1000 чел. пришлось 1,7 пожара (на 42% больше, чем средне-планетарный уровень). При этом на 100 пожаров пришлось 6,6 погибших (в 6,6 раза, больше, чем в среднем на планете), а на 100 тыс. чел. пришлось 13,4 погибших при пожарах (в 9,4 раза больше, чем в среднем на Земле). Отсюда следует, что обстановка с пожарами в России неблагоприятная.
Согласно данным официальной статистики[50] пожары в жилых зданиях составляют 12-13% от общего числа пожаров в РФ. При пожарах в жилых зданиях ежегодно погибают 17-18 тысяч человек, что составляет более 90% от общего числа погибших на пожарах. Прямой материальный ущерб от этих пожаров превышает 2 млрд.
За исследуемый период в городе произошло 91312 пожаров, из них 1542 привели к человеческой гибели. Таким образом, каждый шестидесятый пожар в г. Москве в указанный период сопровождался гибелью людей. Всего при пожарах за 1994 - 1997 гг. погибло 1774 человека.
В жилых зданиях за указанный период произошло 70136 пожаров, в том числе 1320 - с гибелью людей (общее число жертв - 1482 человека). Доля пожаров в жилых зданиях от общего числа пожаров составляет 77 %, доля погибших при пожарах в жилых зданиях от общего числа погибших составляет 84 %. В жилых зданиях повышенной этажности за исследуемый период произошло 28179 пожаров, в том числе 392 пожара повлекли за собой гибель людей. Всего в течение 1994 - 1997 гг. при пожарах в жилых зданиях повышенной этажности погибло 436 человек. Данные о пожарах в г. Москве и гибели людей при пожарах сведены в табл. 1.8.
Анализ динамики пожаров с гибелью людей (см. табл. 1.8) по годам показывает наличие тенденции к снижению общего числа пожаров, однако, темпы роста числа пожаров в жилых зданиях превышают темпы роста общего числа пожаров (коэффициент опережения Коп=1,23). Это говорит о том, что показатели
обстановки с пожарами в Москве начинают еще более смещаться в сторону жилого фонда. Таким образом, снижение числа пожаров и числа погибших при пожарах людей в большей степени происходит за счет объектов промышленности и торговли, что можно объяснить акцентированием пожарно-профилактической работы именно в этом направлении.
Анализ распределения пожаров с гибелью людей при пожарах по административным округам г. Москвы показывает наличие тенденции к снижению практически во всех округах. Регрессионный анализ динамики пожаров с гибелью людей по округам показывает наличие положительной динамики в Центральном и Западном административных округах. Динамика изменения относительного показателя гибели людей при пожарах в жилых зданиях представлена в табл. 1.9.
Распределение пожаров с гибелью людей по объектам показывает, что пожары с гибелью людей в жилых зданиях обычной этажности составляют около 60 % от общего числа таких пожаров; пожары в жилых зданиях повышенной этажности составляют 25%. Остальные 15 % распределяются между промышленными объектами (промышленные предприятия, склады промышленных предприятий, вагончики-бытовки на территории промышленных предприятий), объектами торговли (магазины, торговые палатки, склады), объектами транспорта (автотранспорт, общественный транспорт, гаражи) и др. (см. рис. 1.7).
Из рис. 1.8 видно, что наиболее опасны в пожарном отношении жилые здания повышенной этажности, жилые здания обычной этажности, объекты промышленности и торговли. При определении показателя для объектов транспорта в расчет принимались только здания, не учитывался подвижной состав. При учете подвижного состава и личного автотранспорта данный показатель значительно снизится.
Для жилых домов как обычной, так и повышенной этажности, более характерны пожары с одиночной гибелью людей, которые составляют 90 % от общего числа пожаров с погибелью людей. Пожары с одновременной гибелью двух человек составляют 9 %, с гибелью трех человек - 0,9 %, с гибелью более трех человек - 0,1 %. В динамике пожаров с гибелью людей наметилась тенденция к снижению числа пожаров с одновременной гибелью двух и более человек.
Математической моделью оценки эффективности способов и средств противопожарной защиты, направленных на обеспечение безопасности людей при пожарах, [57] предусматривается использование данных о вероятности возникновения пожара в зданиях {0,,). В настоящее время для оценки величины
Qn используется частота возникновения пожаров, которая для жилых зданий определяется по статистическим данным как отношение числа пожаров в год к общему числу жилых зданий [122] или к общей полезной площади жилых зданий в рассматриваемом городе или регионе [54]. Однако жилые здания не являются однородными по пожарной опасности объектами, так как имеют различное число секций, этажей, квартир, источников зажигания и т.п. Поэтому использование в качестве первичных элементов статистической совокупности жилого дома или единицы его полезной площади может привести к значительной погрешности величины Qn, что свидетельствует об актуальности вопросов совершенствования методов оценки вероятности возникновения пожаров в жилых зданиях.
Современное жилое здание можно рассматривать как сложную систему, состоящую из следующих различных по функциональному назначению, конструктивному и планировочному исполнению элементов: жилых помещений, кухонь, санитарно-технических помещений, лестничных клеток, межквартирных коридоров, чердачных и подвальных помещений. В связи с использованием однотипных инженерно-технических средств и предметов домашнего обихода основные характеристики пожарной нагрузки и источников зажигания отдельных помещений жилых зданий могут быть приняты идентичными.
Двухкомнатная квартира
Величина пожарной нагрузки в жилых зданиях определяется количеством горючих вещей в обстановке квартиры, а ее величина приведенная к площади помещения используется для оценки теплового режима пожара, с целью определения необходимой огнестойкости стен, колонок, дверей, перекрытий, перегородок и других строительных конструкций помещений. Величина пожарной нагрузки определяется на основе теплоты сгорания горючих материалов, содержащихся внутри здания или помещения. Чем выше значения пожарной нагрузки, тем больше потенциальная опасность пожара, в частности, ущерб наносимый зданию и продолжительность пожара.
Пожарная нагрузка в помещении определяется по формуле [127]: Я = (Щж/.м2) (2.1) 4 Где: М,, - масса вещества или материала, кг; ДАв - количество тепла, выделяемого одним килограммом при сгорании вещества или материала, МДж/м2; А, - площадь пола помещения (м2); Я, - высота помещения (м); L - длина помещения (м); М - ширина помещения (м).
При оценке пожарной нагрузки в помещении необходимо определить тип, массу, теплоту сгорания и площадь поверхности ограждающей пожарную нагрузку. Пожарная нагрузка обычно разделяется на две категории: Постоянная пожарная нагрузка, которая состоит из горючих материалов, постоянно прикрепленных к стенам, потолкам, полам и находящихся в строительных конструкциях. Временная пожарная нагрузка, которая состоит из горючей мебели и других горючих материалов, которые принесены в здание для использования жителями.
На практике пожарная нагрузка изменяется в зависимости от функционального назначения помещения, его местоположением в здании, а также со временем. Однако, возможно определить значение пожарной нагрузки по статистическим данным на основе вероятности присутствия заданной плотности пожарной нагрузки в помещениях зданий различного назначения.
Чтобы упростить оценку пожарной нагрузки в зданиях различных назначений, принимаются следующие допущения: горючие материалы однородно распределены по всей площади здания; весь горючий материал участвует в развитии пожара; весь горючий материал в рассматриваемом объекте выгорает в течение пожара; пожарная нагрузка может быть измерена как сумма теплоты сгораний различных материалов, но обычно приводится к теплоте сгорания древесины.
В общем случае, суммарная масса пожарной нагрузки выражается через эквивалентную массу древесины.
Согласно [123], после выбора типа здания, а также назначения помещения, принимающегося для проведения исследований, имеющаяся в помещении пожарная нагрузка разделяется на постоянную и временную пожарную нагрузку. Следующим шагом является измерение фактической массы каждого изделия временной пожарной нагрузки в помещении, и осуществляется определение ее общего количества на всей площади пола.
Кроме того, при определении массы каждого изделия в помещении пожара надо оценить число и массу каждого из материалов, входящих в состав изделия, а также процентный состав в изделии древесины, металлов и пластмассовых изделий. Зная процентный состав горючих составляющих изделия, можно оценить массу каждого материала, входящего в изделие.
Например: Стул весом в 12 кг состоит из 60% стали, 30% древесины и 10% пены.
При определении постоянной пожарной нагрузки для горючих материалов и изделий, массы которых не могут быть легко измерены, вначале измеряются их объемы, а потом измеренные величины умножаются на их плотности, и оценивается масса горючих материалов. Определенные таким образом значения масс используются, чтобы получить полную теплотворную способность (в МДж) горючих предметов, находящихся в зданиях, а разделив величину пожарной нагрузки на площадь пола, получают плотность пожарной нагрузки (МДж/м ).
Для того, чтобы определить величину пожарной нагрузки, в многих странах были проведены статистические исследования в жилых зданиях, административных зданиях, школах, больницах, общежитиях и так далее. Для того чтобы облегчить сравнение результатов каждого исследования все результаты, которые даны в кг/м2, умножены на значение 16,7 МДж/кг (которое является низшей теплотой сгорания древесины).
Гидродинамическая модель
Программный комплекс FDS (Fire Dynamics Simulator) создан NIST (Национальным институтом стандартов и технологии США) для полевого математического моделирования пожара[114-118], с помощью которого возможна численная реализация с последующей визуализацией полей температур, концентраций паров горючих веществ, концентраций кислорода и продуктов горения в каждой точке пространства и времени исследуемой области при возникновении гипотетических пожаров.
Основными проблемами полевых моделей динамики развития пожаров являются детальное понимание и моделирование многих физических явлений. Эти проблемы решаются в программном комплексе FDS современными численными алгоритмами реализующими сложные системы нестационарных уравнений.
Системой нестационарных уравнений в FDS являются выражения фундаментальных законов физики законов сохранения массы, импульса и энергии [29,114,116]: Уравнение сохранения массы газовой смеси
Это уравнение является математическим выражением закона сохранения массы газовой смеси и имеет следующий вид: др д / ч 3 . . д . . . _+_( )+_(/?%)+_( г) = 0 (зл) Уравнения сохранения количества движения
В скалярном виде векторное уравнение закона сохранения импульса для смеси газов распадается на три уравнения движения вдоль координатных осей: пожарной нагрузки. Газовая постоянная, плотность и удельная изобарная теплоёмкость смеси газов вычисляются по формулам: р = ±riPi ;R = 2 Д. ;ср = ±g,.cpi (3.6) 1=1 ;=1 1=1 где р - плотность; х, у, z - координатные оси вдоль длины, ширины и высоты помещения соответственно; wx, wy, wz, - проекции скорости на соответствующие оси; ц=цд+ц.т -коэффициент вязкости; \хд - молекулярной динамический коэффициент вязкости; р,т - коэффициент турбулентной вязкости; р - давление; р0 -плотность газовой среды за пределами нагретого слоя; g3 - ускорение свободного падения; Т - температура; ср - удельная изобарная теплоемкость; X - коэффициент теплопроводности; ц - коэффициент турбулентной теплопроводности; А,р -коэффициент радиационной теплопроводности; qv - интенсивность внутренних источников тепла (qv=qvk+qvP где qvk - интенсивность внутреннего источника тепла за счет радиационного теплопереноса; qvp - вклад источников тепла другой физической природы); Xi - массовая концентрация і-го газа; Dj = D + DT -коэффициент диффузии; D - коэффициент диффузии і-го газа; DT - коэффициент турбулентной диффузии; т; - интенсивность внутренних источников массы, возникающих из-за образования молекул данного газа вследствие протекания химических реакций; где R - газовая постоянная смеси; і - номер газовой компоненты смеси; п - число газов в смеси; rj,gj,Ri,cpj,pj, - объемная и массовая доля, газовая постоянная, удельная изобарная теплоемкость и плотность і-й компоненты газовой смеси. Если принять, что:
В основе модели лежит система уравнений Навье-Стокса для многокомпонентного сжимаемого реагирующего газа, дополненная рядом замыкающих подмоделей, которые привлекаются для описания турбулентного смешения, турбулентного диффузионного горения, образования, коагуляции и переноса аэрозоля, лучистого теплообмена. Уравнения неразрывности, баланса массы каждого компонента, переноса импульса и энтальпии записаны для газовой смеси, в составе которой имеется горючее, кислород, азот, углекислый газ, водяной пар, окись углерода и сажа.
Численные уравнения Навье-Стокса решены в приближении медленного, термически-управляемого потока дыма и теплопередачи на пожаре. Основной алгоритм - явная схема корректора предиктора, второй порядок, точный в пространстве и времени.
В программном комплексе давление определяется из преобразованного уравнения неразрывности для поправок давления с последующей коррекцией полей скоростей и давления для выполнения самого уравнения неразрывности. При определении поправок давления и скоростей использована итерационная схема Патанкара и Сполдинга[126,38]. Температуры обновляются во времени, по неявной схеме Кранка-Николсона[116], основанной на численных приближениях для решений в промежуточной точке (x,t + r/2). Реализация процессов турбулентного переноса осуществляется с помощью к-є модели турбулентности, учитывающей эффекты плавучести [38].
Для моделирования потоков излучения применен дискретный метод расчета радиационного теплопереноса[105]. Данный метод основан на расчете излучения в выбранных характерных направлениях в помещении между стенами (или поверхностями, ограничивающими расчетную область) с последующим расчетом потерь тепла излучением в уравнении энергии для каждого контрольного объема.
Определение размеров вычислительной сетки
Математическая постановка теплотехнической задачи огнестойкости (5.1) является дифференциальным уравнением в частных производных. Она используется при расчетах как правило, проводимых с помощью ЭВМ. Метод решения этой задачи был применен к переменному коэффициенту неоднородного линейного уравнения (5.1) первого порядка по времени.
Этот метод - неявный единственный метод - имеет первый порядок по времени и произвольный порядок по координатам со смешанными частными производными. Погрешность метода - 0(h2,k2), где h - пространственный шаг; к-шаг времени.
С помощью вышесказанного метода можно решить теплотехнической задачи огнестойкости конструкций при любых температурных режимах пожара, как реальном и стандартном и получить закономерность изменения температуры любых точек внутри конструкций, например, были решены теплотехнической задачи плит толщиной 200мм и 60мм, состоящих из тяжелого бетона с крупным заполнителем из силикатных пород, при стандартном температурном режиме. Результаты вычисления показаны, соответственно, нарис. 5.2 и рис. 5.3.
Теплофизические свойства этого бетона приняты по данным[43]. Значение приведенного коэффициента температуропроводности бетона, аш, соответствует приведенному в [43], вычисленному при температура равной 450С. Коэффициент теплообмена обогреваемой поверхности и коэффициент теплообмена необогреваемой поверхности принимаются, соответственно, а, „=110 Вт/(М3.град) и аяи =11,63 Вт/(М2.град). І/,1 //і /// / / 10 мм 20 мм 30 мм 40 мм S0 мм 60 мм 70 мм Время, ч
Изменение температуры і(х,т) в сечении бетонной плиты (толщиной 200мм) в зависимости от времени (г ,ч) воздействия стандартного температурного режима При изменении толщины конструкции изменяются значения коэффициента теплообмена необогреваемой поверхности и средней температуры конструкции, при которой определяется значение приведенного коэффициента температуропроводности.
Для тяжелой бетонной плиты толщиной 60мм, значение коэффициента теплообмена необогреваемой поверхности равно аня =30 Вт/(М2.град) (по рис. 5.1 при температуре 400С) и средняя температура конструкции равна 650"С ( по рис. 5.3 при толщине 30мм).
Изменение температуры г( ,г) в сечении бетонной плиты (толщиной 60мм) в зависимости от времени г ,ч воздействия стандартного температурного режима Закономерность изменения температуры определенных конструкций, полученная вышесказанным методом при стандартном температурном режиме, совпадает с результатами, полученными методом изложенном в работе В.М. Ройтмана[43]. Поэтому, тот метод может сказать, что он был апробирован при решении теплотехнической задачи огнестойкости конструкций с разными толщинами.
Таким образом, вышесказанный метод используется для определения закономерности изменения температуры конструкций (теплотехнический расчет) при любом температурном режиме пожара, как стандартном, так и реальном режиме, и дает верные результаты.
Определение температуры по глубине строительных конструкций под действием расчетных температурных режимов В этом разделе температура в сечениях конструкций определена по реальным расчетным температурным режимам, которые получены в четвертой главе, расчетным методом. Вычисление производилось для тяжелых бетонных
I45
конструкций (перекрытий), конструкций из глиняного кирпича (стен) и минераловатной плиты (входной двери). Физические свойства материалов приняты по данным[13,43]. Толщина конструкций изменялась в пределах от 60мм до 200мм для перекрытий и стен, в пределах от 40мм до 60мм для входной двери.
На основе расчетных температурных режимов пожаров в квартирах, приведенных в четвертой главе, температуры воздействие на строительные конструкции в большинстве случаев изменяли в диапазоне от 800Сдо 1100С , и поэтому из значений коэффициентов теплообмена, показанных на рис. 5.2, можно получить среднее значение коэффициента теплообмена на обогреваемой поверхности: авп = 110 Вт/(М2.град) для конструкций из тяжелого бетона и минераловатной плиты; а(;я =140 Вт/(М .град) для конструкций из глиняного обыкновенного кирпича.
Коэффициент теплообмена на необогреваемой поверхности принимается равным аип =а0 =11,63 Вт/(М .град).
При рассмотрении конструкции перекрытий из железобетона арматура обычно находится в глубине от 10мм до 40мм. По этому при определении огнестойкости конструкции по признаку «R» температуры в сечениях от 10мм до 40мм считая от обогреваемой поверхности конструкции будут вычислены.
На рис. 5.4-5.8 показан результат вычисления температуры в сечениях от 10мм до 40мм считая от обогреваемой поверхности конструкции из тяжелого бетона толщиной 200мм для всех расчетных сценариев развития пожара. В этом случае, температурные режимы определены по кривым нарис. 4.7-4.9.
