Математические модели построения моделей расчета пожарного риска в различных зданиях

Математические модели построения моделей расчета пожарного риска в различных зданиях

в целях построения моделей расчета пожарного риска на различных объектах защиты используется большое количество как зарубежных, так и отечественных программных комплексов, в настоящей статье рассмотрена математическая модель программы FDS получившей наибольшее практическое применение.

Авторы публикации

Рубрика

Пожарная безопасность

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 4 (49), январь ‘22

Дата публицакии 27.12.2021

Поделиться

К количественным мерам возможности реализации пожарной опасности различных объектов относятся расчетные величины пожарного риска. Расчет пожарных рисков производится в соответствии с [1]. В данный период времени первенство в области создания двухзонных моделей и соответствующих компьютерных программ в целях выполнения расчета пожарного риска является программа CFAST, данный программный комплекс выполнен в США национальным институтом стандартов. [2]. Данная модель предусматривает деление на 2 объема в которых будет происходить измерение для каждого расчетного помещения объекта. В области каждой из зон температурные и различные поля каждой из газовых сред считают однородными.

В комплексе данного программного обеспечения уравнения отражают всю взаимосвязь процессов, которые происходят при пожаре, к которым относятся тепловыделение и другие.

Все процессы в модели могут быть описаны в терминах массовых и тепловых потоков. Используя определения плотности, внутренней энергии и состояния идеального газа, уравнения можно формулировать различными способами, которые эквивалентны физически, но отличаются вычислительными свойствами. Программа CFAST 6.1 [2] позволяет прогнозировать параметры продуктов горения: температуру, снижение видимости, концентрацию токсичных продуктов горения – и их распространение по зданию.

Изображение выглядит как текст

Автоматически созданное описание

Многочисленные натурные пожарные испытания подтвердили, что двухзонные модели демонстрируют достаточно достоверную картину пожара: горячие дымовые газы скапливаются под потолком, образуя дымовой слой, а параметры внутри слоя отличаются незначительно по сравнению с различием параметров между верхним и нижним слоями.

Изображение выглядит как текст

Автоматически созданное описание

Пример построения модели представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Пример построения модели в программном комплексе FDS

 

Математическая модель FDS основана на использовании дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих пространственно-временное распределение температуры и скоростей газовой среды в помещении, концентрации компонентов газовой среды (кислорода, продуктов сгорания и т. Д.), давления и плотности газов. Рисунок 2 показывает динамику движения людей по результатам моделирования.

 

Рисунок 2 – динамика движения людей в программном комплексе FDS

 

Решение осуществляется численным методом на основе компьютерной программы FDS. Результатом расчета в FDS становятся поля температур, скоростей, давлений, концентраций дыма и продуктов горения и других величин. Для визуализации данных расчета по FDS разработана программа Smokeview [9], которая предоставляет в наглядном виде поля температур и других параметров пожара, процесс распространения пламени и дыма.

Регистраторы устанавливаются для измерения пожарной опасности на путях эвакуации. Каждый регистратор представляет собой сложный измерительный прибор и состоит из нескольких датчиков (1 датчик на 1 метр регистратора). Датчик является точкой отсчета для измерения опасности возгорания (температуры, видимости, теплового потока, концентрации кислорода). Ниже представлены графики изменения пожарной опасности для самописцев. рисунок 3.

Рисунок 3 – графики изменения опасных факторов пожара для регистраторов в программном комплексе FDS

 

Программа PyroSim относится к коммерческому продукту (на территории Российской Федерации локализована, данный программный комплекс представляет компания «СИТИС»).

Итоги проведения расчет по различным сценариям приведены на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – Сводные расчётные данные по сценариям (за исключением классов функциональной пожарной опасности Ф1.1, Ф1.3 и Ф1.4)

 

Существует ряд проблем, которые в настоящее время ограничивают возможность применения на практике полевых моделей прогнозирования пожаров на высоком уровне, к которым относятся отсутствие знаний которые проходят при процессах горения различных веществ и материалов. Вместе с тем стоит отметить, что использование полевых моделей достаточно перспективно и совершенствование данных технологий позволит вывести на достаточно высокий уровень процессы прогнозирования пожаров.

Список литературы

  1. Приложение к Приказу МЧС России № 382 от 30.06.2009г. «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности» (с изменениями от 12.12.2011 г. в ред. Приказа МЧС России № 749 и с изменениями от 02.12.2015 г. в ред. Приказа МЧС России № 632).
  2. Методические рекомендации по использованию программы CFAST. –Екатеринбург: СИТИС, 2009. – 58 с.
  3. Расчет распространения ОФП. Техническое руководство СИТИС: Блок 2.50. – Екатеринбург: СИТИС, 2011. – 72 с.
  4. Грачёв, В.Ю. Введение в моделирование пожаров для расчета пожарного риска / В.Ю. Грачёв. – Екатеринбург: СИТИС, 2009. – 120 с.
  5. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях: метод. рекомендации. – М.: ВНИИПО МЧС России, 2003. – 35 с.
  6. Рекомендации по использованию программы FDS с применением программ PyroSim 2010-2 и SmokeView. – Екатеринбург: СИТИС, 2011. – 88 с.
  7. Справочник инженера пожарной охраны / под ред. Д.Б. Самойлова. – М.: Инфра-Инженерия, 2010. – 864 с.
  8. Пузач, С.В. Математическое моделирование газодинамики и теплообмена при решении задач пожаровзрывобезопасности / С.В. Пузач. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. – 150 с.
  9. Пузач, С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности / С.В. Пузач. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. – 336 с.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 4 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary