III. Интегральная математическая модель расчета газообмена в здании, при пожаре
III. Интегральная математическая модель расчета газообмена
в здании, при пожаре
(в ред. Приказа МЧС России от 12.12.2011 N 749)
(см. текст в предыдущей редакции)
Для расчета распространения продуктов горения по зданию составляются и решаются уравнения аэрации, тепло- и массообмена как для каждого помещения в отдельности, так и для всего здания в целом.
Уравнения движения, связывающие значения перепадов давлений на проемах с расходами газов через проемы, имеют вид:
где - расход газов через проем между двумя (j-м и i-м) смежными помещениями, кг/с;
- коэффициент расхода проема (
для закрытых проемов и
для открытых);
F - площадь сечения проема, м2;
- плотность газов, проходящих через проем, кг/м3;
- средний перепад полных давлений между j-м и i-м помещением, Па.
Направление (знак) расхода определяется знаком разности давлений .
В зависимости от этого плотность принимает различные значения.
Знак расхода газов (входящий в помещение расход считается положительным, выходящий - отрицательным) и значение зависят от знака перепада давлений:
Для прогнозирования параметров продуктов горения (температуры, концентраций токсичных компонентов продуктов горения) в помещениях многоэтажного здания на этажах, расположенных выше этажа, на котором может возникнуть пожар, рассматриваются процессы распространения продуктов горения в вертикальных каналах (лестничные клетки, шахты лифтов, вентканалы и т.п.).
Вертикальную шахту по высоте разделяют на зоны, которые представляют узлы в гидравлической схеме здания. Зона по высоте может охватывать несколько этажей здания. В этом случае расход газа между зонами можно выразить формулой вида:
где - характеристика гидравлического сопротивления на границе зон;
F - площадь поперечного сечения шахты;
k - коэффициент (допускается принимать равным 0,05 с2/м);
g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
- перепад давлений между узлами.
Здание представляют в виде гидравлической схемы, узлы которой моделируют помещения, а связи - пути движения продуктов горения и воздуха. Каждое помещение здания описывается системой уравнений, состоящей из уравнения баланса массы, уравнения сохранения энергии и уравнения основного газового закона (Менделеева-Клайперона).
Уравнение баланса массы выражается формулой:
- сумма расходов, входящих в помещение, кг/с;
- сумма расходов, выходящих из помещения, кг/с;
- скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с.
Уравнение сохранения энергии выражается формулой:
где ,
- удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг·К);
,
- температуры газов в i-м и j-м помещениях, К;
- количество тепла, выделяемого в помещении при горении, кВт;
- тепловой поток, поглощаемый конструкциями и излучаемый через проемы, кВт.
Для помещения очага пожара величина определяется по формуле:
где - коэффициент полноты горения;
- низшая теплота сгорания, кДж/кг;
- энтальпия газифицированной горючей нагрузки, кДж/кг;
- удельная теплоемкость продуктов пиролиза, кДж/(кг·К);
T - температура продуктов пиролиза, К.
Коэффициент полноты горения определяется по формуле:
где - коэффициент полноты горения в режиме пожара, регулируемом горючей нагрузкой, определяемый формулой:
Коэффициент K рассчитывается по формуле:
- начальная концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;
- текущая концентрация кислорода в помещении очага пожара, кг/кг;
- количество кислорода, поглощаемого при сгорании 1 кг горючей нагрузки, кг/кг.
Уравнение Менделеева-Клайперона выражается формулой:
где - давление газа в j-м помещении, Па;
- температура газа в j-м помещении, К;
R = 8,31 - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);
M - молярная масса газа, моль.
Параметры газа в помещении определяются из уравнения баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода и уравнения баланса оптической плотности дыма.
Уравнение баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода:
где ,
- концентрация L-го компонента продуктов горения в i-м и j-м помещениях, кг/кг;
- количество L-го компонента продуктов горения (кислорода), выделяющегося (поглощающегося) при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.
Уравнение баланса оптической плотности дыма:
где ,
- оптическая плотность дыма в i-м и j-м помещениях,
;
- дымообразующая способность пожарной нагрузки, Нп·м2/кг.
Оптическая плотность дыма при обычных условиях связана с расстоянием предельной видимости в дыму формулой:
Для помещений без источника тепла система уравнений (П6.6), (П6.7) и (П6.8) упрощается и представляется в виде:
Первое уравнение связывает перепады давлений на соединяющих помещение проемах с расходом газа через эти проемы. Второе - выражает постоянство объема для данного помещения. Таким образом, для всего здания требуется решать систему, состоящую из нелинейных уравнений вида (П6.12) и
линейных уравнений вида (П6.13). Здесь
и
- соответственно число горизонтальных и вертикальных связей на этаже;
- число узлов;
- число этажей.
Система уравнений, включающая в себя уравнения (П6.6), (П6.7) для помещения очага пожара и (П6.12), (П6.13) для остальных помещений и уравнение (П6.11), описывающая гидравлическую схему здания, решается численно методом итерации в совокупности с методом секущих.
Основные уравнения для определения температуры газа и концентрации продуктов горения в помещениях здания получены из уравнений сохранения энергии и массы.
Температура газа в помещении, где отсутствует очаг пожара, определяется из уравнения теплового баланса, которое можно получить из уравнения сохранения энергии (П6.7). Формула для определения температуры газа в j-м помещении здания в "n"-ый момент времени:
где - сумма источников (стоков) тепла в объеме j-го помещения и тепла, уходящего в ограждающие конструкции;
- приведенный коэффициент теплоотдачи;
- начальная температура в помещении;
- площадь поверхности ограждающих конструкций в j-м помещении.
Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан по эмпирической формуле:
Концентрация отдельных компонентов газовых смесей в помещениях здания вычисляется из уравнения баланса массы данного компонента (П6.12). Концентрация L-го компонента продуктов горения в j-м помещении в "n"-ый момент времени определяется уравнением:
Оптическая концентрация дыма в помещениях определяется из балансового уравнения (П6.19). Натуральный показатель ослабления среды в j-ом помещении в "n"-ый момент времени определяется уравнением:
- Гражданский кодекс (ГК РФ)
- Жилищный кодекс (ЖК РФ)
- Налоговый кодекс (НК РФ)
- Трудовой кодекс (ТК РФ)
- Уголовный кодекс (УК РФ)
- Бюджетный кодекс (БК РФ)
- Арбитражный процессуальный кодекс
- Конституция РФ
- Земельный кодекс (ЗК РФ)
- Лесной кодекс (ЛК РФ)
- Семейный кодекс (СК РФ)
- Уголовно-исполнительный кодекс
- Уголовно-процессуальный кодекс
- Производственный календарь на 2023 год
- МРОТ 2024
- ФЗ «О банкротстве»
- О защите прав потребителей (ЗОЗПП)
- Об исполнительном производстве
- О персональных данных
- О налогах на имущество физических лиц
- О средствах массовой информации
- Производственный календарь на 2024 год
- Федеральный закон "О полиции" N 3-ФЗ
- Расходы организации ПБУ 10/99
- Минимальный размер оплаты труда (МРОТ)
- Календарь бухгалтера на 2024 год
- Частичная мобилизация: обзор новостей