Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении общественного здания

МИНИСТЕРСТВО  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО  ДЕЛАМ  ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ  СТИХИИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

 

Академия  Государственной противопожарной  службы

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

ПО  ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ОФП

 

 

Шифр задания 78

 

 

Тема: Прогнозирование  опасных факторов пожара в помещении  общественного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: слушатель уч. гр. 1111-Б  ст. лейт. вн. сл. Машаев Д.Т.

 

Проверил: к.ю.н, доцент, полковник внутренней службы, Лебедченко О.С.

 

 

 

 

 

 

Москва 2013 год

 

Содержание 

 

Введение………………………………………………………………………….3

1 . Исходные  данные…………………………………………………………….4

2. Описание  математической модели  развития  пожара в помещении………6

3. Расчет динамики опасных факторов пожара в помещении ………………..7

  4. Определение критической продолжительности пожара  и времени блокирования  эвакуационных путей…………………………………………..22

Список литературы………………………………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Для разработки экономически оптимальных и эффективных  противопожарных мероприятий необходим  научно-обоснованный прогноз динамики опасных факторов пожара. Прогнозирование  динамики опасных факторов пожара 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 пожаров;

-при оценке  фактических пределов огнестойкости;

И для многих других целей.

Современные научные методы прогнозирования  динамики опасных факторов пожара основываются на математических моделях пожара. Математическая модель пожара описывает  в самом общем виде изменения  параметров состояния среды в  помещении с течением времени. А  также состояние ограждающих  конструкций этого помещения  и различных элементов технологического оборудования.

Математические  модели пожара в помещении состоят  из дифференциальных уравнений, отображающих фундаментальные законы природы: закон  сохранения массы и закон сохранения энергии.

Математические  модели пожара в помещении делятся  на три класса: интегральные, зонные и дифференциальные. В математическом отношении вышеназванные три  вида моделей пожара характеризуются  разным уровнем сложности. Для проведения расчетов опасных факторов пожара в  помещении отделочного цеха мебельного комбината выбираем интегральную математическую модель развития пожара в помещении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные  данные. Краткая характеристика объекта.

Общественное здание одноэтажное. Здание построено из сборных железобетонных конструкций и кирпича.

Размеры помещения в плане:

Ширина = 12 м;

Длина  = 24 м;

Высота = 4,2 м;

План общественного здания на рисунке  п.1.

 В наружных стенах помещения общественного здания имеется 3 оконных проема, 1 из которых открытые. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема = 0,8 м.Высота оконных проемов=1,8 м. Ширина закрытых оконных проема=2 м, ширина открытого оконного проема=6 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 300 °С.

В противопожарной стене имеется технологический проем шириной и высотой 3 м. При пожаре этот проем открыт.

В общественном здании имеет 2 одинаковых дверных проема, соединяющий с наружной средой. Его ширина=1,2 м и высота = 2,2 м. При пожаре дверные проемы открыты.

Полы бетонные, с асфальтовым  покрытием.

 Горючий материал  представляет собой мебель+линолеум ПВХ (0,9+1) Горючий материал расположен на полу. Размер площадки, занятой горючим материалом: длина=11 м, ширина=5 м. Количество горючего материала составляет 1200кг.

Сбор  исходных данных

Геометрические  характеристики объекта.

Выбирается  положение центра ортогональной  системы координат в левом  нижнем углу помещения на плане (рис. п.1). Координатная ось х направлена вдоль длины помещения, ось у - вдоль его ширины, ось z – вертикально вдоль высоты помещения.

Геометрические  характеристики:

помещение: длина L=24 м; ширина B=12 м; высота H=4,2 м.

двери (количество дверей N_до =2): высота h_д1,2=2,2м; ширина b_д1,2=1,2м; координаты левого нижнего угла двери:y_д1 =0 м;x_д1 = 10 м;y_д2 = 12м; x_д2=4,2м;

открытые  окна (количество открытых окон N_оо=2): высота h_oo1,2=1,8 м; ширина b_oo1,2= 2 м; координаты одного нижнего угла окна: x_oo1= 0 м; y_oo1= 5 м; x_oo2= 24 м; y_oo2= 5 м; z_oo1,2=0,8м;

закрытые  окна (количество закрытых окон N_зо=1): высота h_зо1=1,8 м; ширина b_зо1=6,0м; координаты одного нижнего угла окна: x_зо1= 8 м; y_зо1=12 м; z_зо1=0,8м; температура разрушения остекления Т_кр=300С;

технологический проем (количество проемов Nпо=1): высота h_п1= 3,0м; ширина b_п1=3,0м; координаты левого нижнего угла проема: y_п1=18м; x_п1=20,0м.

Свойства горючей нагрузки выбираем по типовой базе горючей нагрузки(приложение 3 (мебель+линолеум ПВХ (0,9+1) №11))  
 низшая теплота сгорания Q^р_н = 14 МДж/кг ;

скорость распространения пламени V_л = 0,015 м/с; 
           удельная скорость выгорания      Ψ₀ = 0,0137 кг/(м² с); 
 удельное дымовыделение D = 53 Нп*м²/кг; 
 удельное потребление кислорода при горении L_о2 = 1,369 кг/кг; 
 выделение окиси углерода L_со = 0,03 кг/кг;

выделение двуокиси углерода L_со2 = 1,478 кг/кг; 
Остальные характеристики горячей нагрузки:

суммарная масса горячей нагрузки Мₒ=1200 кг;

длина открытой поверхности l_пн = 11 м;

ширина открытой поверхности b_пн = 5 м;

высота открытой поверхности от уровня пола h_пн = 0 м;

Начальные граничные условия.

Задаемся начальными и граничными условиями:

Температура газовой среды помещения равна  T_m0=20̊ С;

Температура наружного воздуха составляет Т_а=20̊ С;

Давления  в газовой среде помещения  и наружном воздухе на уровне пола равны Р_а = 10⁵ Па.

Выбор сценария развития пожара.

Место возникновения горения расположено в центре площадки, занятой ГМ

 

2. Описание  математической модели  развития пожара в помещении

Для расчета  динамики опасных факторов пожара используем интегральную математическую модель свободного развития пожара в помещении.

Согласно  исходным данным в базовой системе  дифференциальных уравнений следует  положить, что

G_пр=0; G_выт=0; G_ов=0; Q₀=0;

где G_пр и G_выт – расходы приточного и вытяжного вентиляторов;

G_ов – расход газообразного огнетушащего вещества; Q₀ – тепловой поток, выделяемой системой отопления.

Для пожара при заданных условиях можно принять  в уравнении энергии что

 

т.е. внутренняя энергия среды в помещении при пожаре практически остается неизменной

С учетом сказанного система основных уравнений  ИММП имеет вид

 

 

            ;

           

            ;

           

           

          

 

где V – объем помещения, м³; ρ_m,T_m,p_m – соответственно среднеобъемные плотности, температуры и давления; μ_m – среднеобъемная концентрация продукта горения; X_O2 – среднеобъемная концентрация кислорода.

 

 

3. Расчет динамики опасных факторов  пожара в помещении 

Для прогнозирования ОФП использована интегральная модель математическая модель пожара, которую реализует программа INTMODEL,

разработанная на кафедре ИТиГ Академии ГПС МЧС России. В этой программе для численного решения системы дифференциальных уравнений использован метод Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом.

 

Таблица п.3.1

Исходные данные для расчета  динамики опасных факторов пожара в  помещение

Атмосфера: Давление, мм.рт.ст. Температура,  °С
	760
	20
Помещение: Длина, м Ширина, м Высота, м
	24
	12
	4,2
Температура, °С	20
Количество проемов	3
Координаты первого проема:
нижний срез, м.	0
верхний срез, м.	2,2
ширина, м.	2,4
вскрытие, °С	20
Координаты второго проема:
нижний срез, м.	0,8
верхний срез, м.	2,6
ширина, м.	4
вскрытие, °С	20
Координаты третьего проема:
нижний срез, м.	0,8
верхний срез, м.	2,6
ширина, м.	6
Горючая нагрузка:
Вид горючей нагрузки: мебель+линолеум ПВХ (0,9+1)	0,8
Длина, м.	11
Ширина, м.	5
Количество, кг.	1200
Выделение тепла, МДж/кг	14
Потребление О2, кг/кг	1,369
Дымовыделение, Нп*м2/кг	47,7
Выделение CO, кг/кг	0,03
Выделение CO2, кг/кг	1,478
Скорость выгорания, кг/(м2 час)	49,32
Линейная скорость пламени, мм/с	15

 

 

 

 

Таблица п.3.2

Результаты расчетов динамики опасных факторов пожара в помещении

Вpемя  мин	Т-pа,°С	Конц.О2 масс.%	Задымл., Нп/м	Дальн. вид., м.	Конц.СО, масс.%	Конц.СО2, масс.%	Конц.ОВ, масс.%
0.0	22	23.000	0.000	26.83	0.000	0.000	77.000
1.0	27	22.942	0.002	26.83	0.001	0.059	76.969
2.0	62	22.449	0.021	26.83	0.011	0.558	76.709
3.0	148	21.003	0.065	26.83	0.041	2.033	75.941
4.0	258	18.488	0.200	11.92	0.096	4.732	74.535
4.5	300	17.130	0.382	6.23	0.129	6.361	73.686
5.0	339	16.318	0.713	3.34	0.155	7.652	73.013
5.8	381	15.078	1.449	1.64	0.201	9.907	71.838
6.0	384	14.900	1.637	1.45	0.210	10.325	71.621
7.0	386	14.462	2.367	1.01	0.237	11.654	70.928
8.0	385	14.361	2.659	0.90	0.246	12.111	70.691
9.0	385	14.338	2.748	0.87	0.249	12.246	70.620
10.0	385	14.333	2.771	0.86	0.249	12.281	70.602
11.0	385	14.332	2.776	0.86	0.249	12.290	70.597
12.0	385	14.332	2.777	0.86	0.249	12.292	70.596
13.0	385	14.332	2.777	0.86	0.249	12.292	70.596
14.0	385	14.332	2.778	0.86	0.250	12.292	70.596
15.0	385	14.332	2.778	0.86	0.250	12.292	70.596
16.0	385	14.332	2.778	0.86	0.250	12.292	70.596
17.0	385	14.332	2.778	0.86	0.250	12.292	70.596
18.0	321	15.588	2.361	1.01	0.209	10.282	71.644
19.0	210	18.199	1.157	2.06	0.124	6.089	73.828
20.0	149	19.719	0.560	4.25	0.079	3.885	74.976
21.0	113	20.595	0.299	7.97	0.055	2.723	75.581
22.0	89	21.156	0.175	13.63	0.041	2.030	75.943
23.0	72	21.543	0.110	21.58	0.032	1.574	76.180
24.0	60	21.824	0.074	26.83	0.025	1.254	76.346
25.0	52	22.035	0.052	26.83	0.021	1.020	76.469
26.0	45	22.201	0.038	26.83	0.017	0.840	76.562
27.0	40	22.331	0.028	26.83	0.014	0.700	76.635
28.0	36	22.434	0.021	26.83	0.012	0.590	76.693
29.0	34	22.517	0.016	26.83	0.010	0.503	76.738
30.0	31	22.584	0.013	26.83	0.009	0.432	76.775
30.0	31	22.584	0.013	26.83	0.009	0.432	76.775

 

 

 

 

 

 

 

Таблица п.3.3

Результаты  расчетов динамики опасных факторов пожара в помещении

Вpемя  мин	Плотн. газ кг/м3	Избыт. давл., Па	Высота ПРД, м	Пpиток воздуха		Истечение газа		Скорость выгор., г/с
				м3/с	кг/с	м3/с	кг/с
0.0	1.1972	0.00	1.46	0.007	0.008	0.007	0.008	0.0
1.0	1.1782	0.17	1.20	0.990	1.186	2.168	2.554	34.9
2.0	1.0532	1.31	1.17	2.587	3.097	6.524	6.871	140.1
3.0	0.8385	3.26	1.17	4.091	4.897	11.526	9.664	317.2
4.0	0.6653	4.51	1.24	5.600	6.705	14.612	9.722	523.2
4.5	0.6161	4.82	1.25	6.047	7.239	15.521	9.562	643.4
5.0	0.5773	4.20	1.41	11.928	14.280	28.751	16.597	1003.3
5.8	0.5399	4.43	1.41	12.358	14.795	30.435	16.449	1249.2
6.0	0.5374	4.43	1.42	12.458	14.914	30.463	16.372	1280.8
7.0	0.5360	4.42	1.42	12.524	14.994	30.443	16.316	1342.1
8.0	0.5367	4.42	1.42	12.511	14.978	30.416	16.325	1354.6
9.0	0.5369	4.42	1.42	12.506	14.972	30.408	16.328	1357.3
10.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.971	30.406	16.328	1357.9
11.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.971	30.406	16.328	1358.0
12.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
13.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
14.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
15.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
16.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
17.0	0.5370	4.42	1.42	12.505	14.970	30.406	16.328	1358.0
18.0	0.5942	3.54	1.50	13.802	16.523	24.586	14.610	806.2
19.0	0.7307	2.55	1.54	12.996	15.558	18.319	13.386	350.3
20.0	0.8378	1.91	1.56	11.648	13.944	14.716	12.329	197.0
21.0	0.9157	1.48	1.57	10.437	12.495	12.304	11.267	124.7
22.0	0.9753	1.15	1.57	9.355	11.199	10.484	10.226	82.4
23.0	1.0224	0.90	1.58	8.361	10.010	9.023	9.225	55.3
24.0	1.0601	0.70	1.58	7.443	8.911	7.809	8.278	37.4
25.0	1.0876	0.56	1.58	6.649	7.960	6.895	7.499	25.3
26.0	1.1096	0.45	1.58	5.956	7.130	6.090	6.758	17.2
27.0	1.1272	0.36	1.58	5.330	6.381	5.396	6.083	11.6
28.0	1.1412	0.29	1.58	4.771	5.711	4.796	5.474	7.9
29.0	1.1522	0.23	1.58	4.273	5.116	4.276	4.926	5.3
30.0	1.1610	0.18	1.58	3.832	4.588	3.822	4.437	3.6
30.0	1.1610	0.18	1.58	3.832	4.588	3.822	4.437	3.6