Прогнозирование опасных факторов пожара

Уральский институт Государственной Противопожарной службы МЧС России

Дисциплина: Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении

Кафедра физики и теплотехники

Курсовая работа

               Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в складских помещениях

Вариант №13

Выполнил: курсант 138 учебной группы

Коваленко Д.А.

                                                                    Проверил:  преподаватель кафедры                                                                        

              Субачева А.А.               

Екатеринбург 2012

Оглавление

1              Исходные данные

Рис. 1 План здания и разрез заготовительного цеха

2              Описание интегральной математической моде развития пожара

3              Результаты компьютерного моделирования

Исходные данные для проведения компьютерных расчетов в программе INTMODEL

Табл. 1 Динамика развития параметров газовой среды и координаты ПРД от времени развития пожара в помещении
Рис 2-13 Изменение среднеобъемных параметров газовой среды от времени развития пожара. Описание графиков. Выводы по графикам              .             

Описание обстановки на пожаре в момент времени 11 мин

4 Время достижения поровых и критических значений ОФП. Расчет необходимого времени эвакуации людей из помещения        

4.1 Необходимое   время   эвакуации   из   помещения   по   данным математического моделирования. Свободное развитии пожара       

Табл. 2 Время достижения пороговых значений ОФП

4.2              Расчет необходимого времени эвакуации из помещения по данным   ГОСТ   12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования

Выводы по двум методикам расчетов

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

  Табл. 3 Динамика развития ОФП на уровне рабочей зоны

   Табл. 4 Время достижения ПДЗ ОФП в помещении на уровне рабочей зоны

Анализ обстановки на пожаре на 11 минуте развития пожара

Рис. 14 Схема газообмена в помещении в момент времени τ=11 мин

Общий вывод по работе

Литература        

Исходные данные

Исходное помещение расположено в одноэтажном здании. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича. В этом здании наряду с заготовительным цехом имеется цех сборки. Заготовительный цех отделен от цеха сборки противопожарной стеной. План здания приведен на рис.1.

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

I - заготовительный цех; II - цех сборки;

1 - дверной проем; 2 - оконные проемы;

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

Размеры цеха по заг предприятия по заготовке льна:

              длина l1 =  30 м;

ширина 12 =   12 м;

высота H =  3,6  м.

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

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

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

Полы бетонные с асфальтовым покрытием.

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

Sгм = φ*Sпол / 100   = 324 м2

Sпол = l1 * l2 = 360 м2

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

M0 = P0*Sгм = 11664 кг

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

площадки:

L1г = 0,1* l1г* г = 28,46 м

L2г= 0.1 *l2г * г = 11,38м

Свойства ГН характеризуются следующими величинами:

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

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

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

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

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

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

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

Вентиляция в заготовительном цехе принудительная, осуществляемая через дверные и оконные

проемы. Отопление центральное водяное.

Внешние атмосферные условия: 

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

Тм0 =288⁰ К

Рм0 = 760 мм.рт.ст. = 101.3 КПа

𝝁м = 0 Нп/м

ХмО2 =0,23

Хм СО = 0

Хм СО2 =0

Ρm0 = Pm/R * Tm0

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

дыма  со следующими характеристиками:

                        вытяжка………..30  м3/ч

                        приток………….30 м3/ч

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

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

                        вытяжка………30 м3/ч

                        приток………...30 м3/ч

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

А также система автоматического пожаротушения со следующими характеристиками:

Огнетушащее вещество – азот;

Запас огнетушащего вещества – 30 кг;

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

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

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

Время включения систем пожаротушения – 5 минут от горения.

2. Описание интегральной математической модели развития пожара.

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

Уравнение материального баланса газовой среды в помещении  M = V* ρm

V(dρm / dτ) = Gв + ψ + Gг

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

Уравнение баланса кислорода  V*ρ1:

V*dρ1/dτ = x1вGв – x1n1Gг – ψL1η

Где x1 – среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении; x1в - концентрация кислорода в уходящих газах; n1 – коэффициент, учитывающий отличие концентрации кислорода в уходящих газах x1г от среднеобъемного значения x1, n1= x1г/ x1; L1 - -скорость потребления кислорода при горении;     - парциальная плотность кислорода в помещении.

Уравнение баланса продуктов горения V*ρ2:

V*dρ2/dτ = ψL2η – x2n2Gг

Где x1 – среднеобъемная концентрация i-го продукта горения; L1 - -скорость выделения i-го продукта горения (СО, СО2); n1 – коэффициент, учитывающий отличие концентрации i-го продукта в уходящих газах x1г от среднеобъемного значения xi, ni= xiг/ xi; ρ2 - парциальная плотность продуктов горения в помещении;

Уравнение баланса оптического количества дыма в помещении  V*𝝁m:

V*d𝝁m/dτ = Dψ – 𝝁mn4Gг/ρm – 𝝁mkcSw

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

Уравнение баланса энергии U:

dU/dτ = ηψ + iгψ + Срв ТвGв – СрТmGг -Qw

Где Рm – среднеобъемное давление в помещении, Па; Сpm, Тm – среднеобъемные значения изобарной теплоемкости и температуры в помещении;   - низшая рабочая теплота сгорания ГН, Дж/кг; Сpв, Тв – изобарная теплоемкость и температура поступающего воздуха, К; iг – энтальпия газификации продуктов горения ГН, Дж/кг; m – коэффициент, учитывающий отличие температуры Тг и изобарной теплоемкости Срг уходящих газов от среднеобъемной температуры Тm и среднеобъемной изобарной теплоемкости Срm,

m = CpгTг/СрmTm ; η  - коэффициент полноты сгорания ГН;  Qw - тепловой поток в ограждение, Вт.

Среднеобъемная температура Тm связана со среднеобъемным давлением Рm и плотностью ρm уравнением состояния газовой среды в помещении:

Pm = ρmRmTm

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

V*dρm/dτ = ψ + Gв – Gг + Gпр – Gвыт + Gов

Где  Gпр  и Gвыт - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг/с;  Gо - массовая подача огнетушащего вещества, кг/с.

                    3. Результаты компьютерного моделирования

              Учебная компьютерная программа INTMODEL реализует описанную выше математическую модель и предназначена для расчета динамики 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 материальный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию оксидов углерода CO и CO2, задымленность помещения и дальность видимости в нем.