4. Теплообмін та приклад моделювання пожежі

Теплообмін враховується в п’ятому рівнянні пожежі - рівнянні теплового балансу:

Розподіл тепла і температури при пожежі в огородженні залежить від типу горючого матеріалу; маси пожежного навантаження і його розташування; від розмірів і форми приміщення; наявності, розмірів і форми пройомів.

З аналізу фаз такої пожежі видно, що зміна температур тут має певні закономірності, причому можна виділити три періоди.

Початковий період, який характеризується відносно невисокою температурою.

Основний період, коли згоряє 70 – 80 % загального пожежного навантаження, і під кінець якого температура досягає максимуму.

Заключний період, коли пожежне навантаження в-основному вигоріло і температура поступово знижується.

В залежності від типу пожежного навантаження і його розташування, відношення площі пожежі до площі підлоги і відношення площі пройомів до площі пожежі підлоги (), складаються конкретна швидкість виділення тепла і конкретні умови газообміну. Ці умови можуть бути більше сприятливими для пожежі чи менше. Отже, і реальна температурна крива, крім того, що вона буде мати заключну фазу, буде відрізнятися і величиною максимальної температури і часом досягнення цієї температури. Чим більше відношення , тим швидше пожежа розвивається.

Температура в приміщенні розподіляється не рівномірно, а з урахуванням розташування місця виникнення пожежі відносно отворів і з урахуванням пожежного навантаження.

Так, наприклад, при виникненні пожежі в кутку кімнати з двома вікнами температурне поле у IV фазі буде виглядати приблизно так, як показано на малюнку.

В реальній практиці у більшості випадків стоїть завдання визначення середньооб’ємної температури у приміщенні. При наближених розрахунках можна користуватися значенням калориметричної температури, вважаючи, що дійсна температура становить частину від калориметричної.

Висновок з лекції.

Динаміка пожеж в огородженні характеризується декількома фазами в залежності від температури та швидкості вигорання. Моделювання динаміки пожежі пов’язане з взаємозалежністю параметрів, що характеризують пожежу. Для того, щоб результати математичного моделювання мали практичне значення – модель повинна бути адекватною. Адекватність моделі – вірне відтворення моделлю параметрів реального процесу. Перевірка адекватності математичної моделі проводиться порівнянням результатів з експериментальними даними.

Тиск у нижній зоні приміщення нижчий тиску назовні, а в верхній зоні – вищий, що обумовлює інтенсифікацію газообміну в приміщенні.

Концентрація диму на початкових фазах поступово збільшується. Темп росту задимленості визначається об’ємом приміщення, об’ємом диму, що виділяється в одиницю часу, та об’ємом диму, що видаляється в одиницю часу крізь отвори

Завдання на самопідготовку

Матеріал даної лекції у підручнику (частина 2) розташований на стор. 137–178.

Додаткове 5. Рівняння пожежі.

Для створення моделей необхідно мати залежності – рівняння за якими змінюються параметри. Якщо характер зміни якогось параметру постійний та має чітку незміну залежність, то можна цю залежність апроксимувати відносно простою функцією. Але в більшості випадків для дослідження пожежі використовують диференціальні залежності зміни параметрів в часі. Ці рівняння отримані з основних законів фізики, хімії, термодинаміки (закон збереження маси, енергії та перший закон термодинаміки).

Сукупність рівнянь разом з початковими умовами та функціональними залежностями складають замкнену систему рівнянь розвитку пожежі на рівні інтегральних характеристик. Підставляючи цю систему рівнянь навіть в прості математичні навчальні пакети MatLab або MathCAD можна отримати уяву про динаміку пожежі на рівні середніх параметрів. Але необхідні знання про речовини, що горять, теплоту згорання, швидкість вигорання, кількість кисню, що витрачається на горіння, повноту згорання, теплоємності та теплопровідності речовин середовища, горючої речовини та будівельних конструкцій.

Контрольні питання.

1. Розказати про призначення, мету, задачі та обмеження інтегрального моделювання.

2. Розказати про систему рівнянь інтегральної моделі.

3. Розказати про подолання недоліків моделювання.

4. На які нейтральну зону та розрахунок її висоти.

5. Розказати про імітаційне моделювання.