Міністерство України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи Академія пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля
Кафедра спеціальної хімії
ЗАТВЕРДЖУЮ
Начальник кафедри спеціальної хімії, полковник служби цивільного захисту
_____________________В. В. Кукуєва ___________________________2008 р.
Предмет “Теоретичні основи пожежовибухонебезпечності”
(цикл магістерський)
Лекція № 8
Розділ 2. Моделювання розвитку пожежі в приміщенні
Час: 12 год., з них 6 годин лекцій і 6 годин практичних занять
Тема лекції 8 (заняття № 2.5):
Зонні та польові моделі розвитку пожежі
Навчальна мета: Роз’яснити алгоритми створення польових та зонних моделей. Дати поняття про основні параметри пожежі та динаміку їх зміни. Роз’яснити вимоги до моделей. Показати приклади використання моделей пожеж.
Виховна мета: Виховувати вміння аналізувати і узагальнювати отриману інформацію.
Матеріальне забезпечення: Плакати, диски з записами для мультимедійного проектора.
Час 2 год
Лекцію розробив професор Єлагін Георгій Іванович
Лекція обговорена та схвалена на засіданні кафедри
Протокол від “____”__________200_ р №________
План лекції
І. Організаційні питання 5 хв.
ІІ. Ознайомлення слухачів з темою та метою лекції 5 хв.
ІІІ. Викладення нового матеріалу :
1. Взаємозалежність параметрів при моделюванні динаміки пожежі, вимоги до моделей 10 хв.
2. Зонні моделі пожежі в огороджені 20 хв.
3. Польові моделі розвитку пожежі 20 хв.
4. Приклади моделювання пожеж 15 хв.
IV. Завдання на самопідготовку 5 хв.
Література
1. Термогазодинамика пожаров в помещениях / Астапенко В.М., Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С., Шевляков А.Н. М: Стройиздат, 1988, - 488 с.
2. Тарахно О.В. Теоретичні основи пожежовибухонебезпеки: Підручник. – Харків: АЦЗУ, 2006. – 395 с.
План лекції
І. Організаційні питання 5 хв.
ІІ. Ознайомлення слухачів з темою та метою лекції 5 хв.
ІІІ. Викладення нового матеріалу :
1. Взаємозалежність параметрів при моделюванні динаміки пожежі, вимоги до моделей 10 хв.
2. Зонні моделі пожежі в огороджені 20 хв.
3. Польові моделі розвитку пожежі 20 хв.
4. Приклади моделювання пожеж 15 хв.
IV. Завдання на самопідготовку 5 хв.
1. Взаємозалежність параметрів при моделюванні динаміки пожежі
Найпростіша модель динаміки пожежі –модель інтегральна:
*Для інтегральної моделі рівняння матеріального балансу це фізичний закон збереження маси:
.
В свою чергу, зміна маси газу в приміщені в часі залежить від густини, інтенсивності газообміну та швидкості вигорання, крім того густина залежить від концентрації компонентів в продуктах згорання та температури. Інтенсивність же газообміну залежить від густини та в’язкості газу і геометричних характеристик приміщення. Масова швидкість вигорання залежить від пожежного навантаження та його виду, подрібненості, ступеня піролізу (тобто від температури, до якої прогрітий матеріал), а також від концентрації кисню в приміщені.
*Наступне рівняння: рівняння кисневого балансу
Тут також всі параметри залежать від інших, вони всі взаємозалежні і розрахувати динаміку пожежі без припущень у моделі пожежі неможливо. Але і для використання моделі всі залежності параметрів повинні бути відомими. Саме для цього вивчається залежність газообміну від густини і температури при пожежі.
Результати математичного моделювання мають практичне значення тільки в випадку, якщо модель адекватна реальному процесу.
Адекватність моделі – вірне відтворення моделлю параметрів реального процесу.
Перевірка адекватності математичної моделі проводиться порівнянням результатів моделювання з експериментальними даними.
*Не всі залежності є заздалегідь обумовленими (їх називають детермінованими). Частина залежностей мають імовірнісний характер (їх називають стохастичними). Тому неможливо заздалегідь сказати, що пожежа буде розвиватись саме так, як показала моделювання і ні як по іншому. Завжди можливі варіанти розвитку пожежі. Виникають вони внаслідок неврахування безлічі факторів: наприклад, температури при якій зруйнується віконне скло і збільшиться приплив кисню, вологості горючих матеріалів і повітря, ступеню подрібненості горючих матеріалів, напряму і швидкості вітру назовні, тощо.
Для врахування можливого вкладу факторів, що недостатньо враховані в математичній моделі, використовують моделювання з різними початковими значеннями і, як результат, приймають середнє значення параметрів, що досліджуються, з вказівкою щодо ймовірності такої динаміки, та ймовірності розвитку пожежі за іншім сценарієм.
*Для врахування ймовірності зміни факторів в часі використовують ще один вид моделювання – імітаційне.
Імітаційні моделі – це моделі, що поряд з детермінованими параметрами, з заданою ймовірністю змінюють фактори за заданими законами. Наприклад, задають розподіл ймовірності руйнування віконного скла від температури, або швидкості зміни температури. Ці моделі використовують як при дослідженні розповсюдження пожеж, так і при симуляції діяльності пожежних частин.
* Реалізація моделей пожеж супроводжується певними недоліками. Ці недоліки з тим чи іншим успіхом усувають. Які ж це недоліки і як їх усувають?
-
складність організації числового експерименту, великий обсяг розрахунків;
усувається цей недолік використанням сучасних програмних систем (пакети StarCD, ANSYS, FDS & Smokeview тощо) та швидких комп’ютерних систем;
-
нерівномірність зміни параметрів в часі та просторі при зміні умов пожежі та принципова стохастичність пожежі;
усувається цей недолік використанням імітаційних моделей, що за допомогою генератора випадкових чисел задають ймовірність виконання певних змін, наприклад, руйнування засклення;
-
«прокляття» багатовимірності, що витікає з чисельності можливих шляхів розповсюдження вогню, які не виключають один одного, та необхідність пошуку компромісу між вимогою розробки практичних рекомендацій та певною орієнтованістю моделей;
усувається цей недолік використанням багаторазових розрахунків з різними початковими параметрами та розраховують середній або найгірший результат;
-
відсутність достовірних даних по динаміці реальних пожеж.
Для інших недоліків розробляються шляхи за якими вони можуть бути вирішені.