микротвердости. Проведенные исследования показали, что сочетание магнитного метода с вихретоковым анализом малоэффективно, поскольку последний работает в довольно узком температурном диапазоне, кроме того при исследовании пожаров на транспорте сохранить слой окалин на поверхности и отличить его от остатков лакокрасочного покрытия довольно проблематично. Исследование возможности применения метода определения микротвердости показало, что в разных областях влияние температуры на данный параметр различно, сочетать получаемые данные с другими методами без привязки к конкретной марки стали и в отсутствии возможности предварительных лабораторных исследований не эффективно. Также в литературе встречаются методики, предлагающие использовать сочетание метода исследования коэрцитивной силы с элементным анализом поверхности стального изделия, в частности окрашенных крупногабаритных частей автомобилей [2-3]. Данное сочетание представляется эффективным, однако не во всех экспертных лабораториях, занимающихся исследованием пожаров имеются в арсенале портативные анализаторы, позволяющие проводить подобные исследования. Рассматривая инструментарий, имеющийся в распоряжении пожарно-технического эксперта в качестве одного из перспективных методов можно предложить ультразвуковую дефектоскопии, все судебно-экспертные учреждения МЧС России укомплектованы подобных оборудованием. Современные дефектоскопы отличаются высокой чувствительность, позволяющей точно оценивать характеристик прохождения ультразвуковых волн не только в бетонах и сварных соединениях, что расширяет возможности их применения в экспертизе пожаров. Применение дефектоскопов не зависит от геометрии поверхности, применение наклонных пьезоэлектрических преобразователей позволяет исследовать материал на расстоянии от интересующей области. Проводимые ранее исследования уже подтвердили возможность использование данного подхода при исследовании горячекатаных стальных изделий [2].
В работе в качестве объекта исследования был выбран капот автомобиля «ВАЗ 2106», в качестве методов исследования были выбраны акустический (ультразвуковой) и магнитный методы. Акустическое исследование проводилось с помощью ультразвукового дефектоскопа А1212 MASTER. Измерение коэрцитивной силы проводилось с помощью Коэрцитиметра КИМ-2М. Термическое воздействие на капот осуществлялось в условиях максимально приближенных к пожару, для чего создавалось пламенное горение на внутреннюю часть образца.
По полученным результатам исследования капота методом ультразвуковой дефектоскопии и их графической интерпретации, зоной подверженной наибольшему термическому воздействию является зона, совпадающая с расположение очага горения. В данной области находится зона с наименьшей скоростью прохождения ультразвуковой волны через объект исследования равной 5950-6000 м/с, следовательно, области, характеризующиеся минимальными значениями данного показателя, относятся к наиболее поврежденным при тер-
216
мическом воздействии. Разница скорости прохождения ультразвуковой волны в областях с минимальными и максимальными термическими повреждениями имеет существенное отличие. Для оценки воспроизводимости получаемых результатов в каждой точке снимали по 10 измерений, полученные результаты подтвердили значимость отличий скорости прохождения ультразвуковой волны в зонах, отличающихся степенью термического воздействия.
Метод исследования коэрцитивной силы в данном случае можно рассматривать как реперный, полученные с помощью него результаты полностью подтвердили данные полученные акустическим методом.
Проведенные исследования позволяют рекомендовать совместное применение метода ультразвуковой дефектоскопии и измерения коэрцитивной силы для выявления зон максимального термического повреждения холоднодеформированных стальных изделий при исследовании пожаров на транспорте.
Литература
1.Пожарно-техническая экспертиза: Учебник / М.А. Галишев, Ю.Н. Бельшина, Ф.А. Дементьев и др. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014. – 352 с
2.Изучение возможности использования метода ультразвуковой дефектоскопии для исследования стальных изделий в целях пожарно-технической экспертизы / Сикорова Г.А. // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2016. Т. 2. № 1 (7). С. 323-325.
3.Эффективность применения портативных приборов при исследовании пожаров на автотранспорте / Сысоева Т.П., Бельшина Ю.Н. // Технологии техносферной безопасности. 2015. № 1 (59). С. 83-88.
4.Комплексная методика анализа окрашенных стальных элементов автомобиля на основе полевых методов исследования / Сысоева Т.П., Бельшина Ю.Н., Галишев М.А. // Научно-аналитический журнал Вестник СанктПетербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2015. № 1. С. 53-61.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, г. Санкт-Петербург, Россия
G. A. Sikorova, Y. D. Motorygin, A. M. Konurbayev
METHOD OF ESTIMATION OF THE DEGREE OF THERMAL IMPACT ON
STEEL CONSTRUCTIONS OF THE CAR AFTER FIRE
The paper proposes to use the results of joint application of the ultrasonic flaw detection method and coercive force measurement to determine the degree of thermal impact on the car's steel structures after a fire. This approach will make it possible to more effectively identify zones of maximum thermal damage to cold-deformed steel products in the study of fires in transport
St.-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia
217
УДК 614.849
Е. В. Наймушин, М. А. Большаков, Ф. А. Дементьев
ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПОЖАРОВ
НА ЗАКРЫТЫХ АВТОСТОЯНКАХ
С помощью программы PyroSim проведено моделирование пожара на закрытой парковке. В качестве сценария развития горения была выбрана ситуация поджога автомобиля с помощью мощного источника зажигания со стороны, прилегающей к стене парковки. Полученные результаты позволяют предположить эффективность исследования изменений свойств материалов конструкционных элементов для определения зоны максимального нагрева, что может использоваться при выявлении очага пожара
Одной из основных задач судебной пожарно-технической экспертизы является определение очага пожара, в последнее время для решения данной задачи широко применяются расчетные методы с использованием пакета программ для математического моделирования пожаров. Моделирование развития пожара позволяет выявить наиболее вероятный сценарий развития событий. Особенно это актуально для исследования объектов, сочетающих сосредоточение значительной горючей нагрузки с большими объемами, например, закрытых автостоянках. В различных средствах массовой информации постоянно появляются сообщения о пожарах на таких объектах. Моделирование различных ситуаций, связанных с пожарами на закрытых автостоянках необходимо не только при реконструкции пожаров на них при проведении пожарно-технической экспертизы, но и необходимо при оценке пожарной опасности [1].
В настоящее время при использовании программных продуктов, позволяющих рассчитать значения локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения при пожаре, не предусмотрено детальное рассмотрение распределения горючих материалов. Обычно при моделировании используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку автомобиля. Тем не менее использование такого подхода позволяет получить информацию о динамике нарастания опасных факторов пожара [1,3].
Целью данного исследования стало моделирование развития пожара на закрытой автостоянке с помощью программного продукта Pyrosim для оценки теплового воздействия на строительные конструкции.
Методики установления очага пожара должны основываться на всей совокупности информации об исследуемом объекте, включая все возможные данные об изменении свойств элементов вещной обстановки под воздействие температуры пожара. Особенно это важно при расследовании пожаров сложных объектов, на которых большое количество пожарной нагрузки сопряжено с многочисленными потенциальными источниками горения. Одним из возможных примеров подобных объектов экспертных исследования является массовое горение автотранспортных средств на автостоянках различного типа. Как показывает практика,
218
сложность исследования таких объектов заключается в поиске очага пожара, среди множественных очагов горения, которые могут располагаться как внутри автотранспортного средства, так и вне его [1, 6].
Для решения такой сложной задачи специалист не может брать во внимание только те данные, которые он получает при исследовании транспортных средств, должна учитываться информации получаемая при исследовании всех элементов вещной обстановки, например, конструкционные элементы автостоянок, находящиеся в непосредственной близости к повреждённым огнем автомобилей.
Для создания комплексных методик в первую очередь необходимо провести эксперименты, демонстрирующие развитие пожара в определенных условиях. В случае пожаров на автостоянках трудно провести реальные натурные эксперименты, поэтому имеет смысл использовать специальные программные продукты, позволяющие проследить динамику нарастания опасных факторов пожара. Конечно, при моделировании используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку, тем не менее с помощью создаваемых моделей можно проследить как распространялось бы горения при заданных условиях [1, 5, 6].
Обязательным условием возникновения процесса горения является присутствие в системе трех компонентов: горючего вещества, окислителя и источника зажигания (инициирования горения). При рассмотрении пожара в целом, возникает необходимость учесть условия, предшествовавшие пожару, а также определить условия распространения пожара, временные характеристики и рассчитать параметры пожара (линейные размеры, условия воздухообмена и др.).
Математическая модель пожара описывает в самом общем виде изменение параметров состояния среды в помещении в течение времени, а также изменение параметров состояния ограждающих конструкций этого помещения и различных элементов технологического оборудования.
Основные уравнения, из которых состоит математическая модель пожара, вытекают из фундаментальных законов природы - первого закона термодинамики, закона сохранения массы и закона сохранения импульса. Эти уравнения отражают и увязывают всю совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, присущих пожару. К ним относятся: тепловыделение в результате горения, дымовыделение в пламенной зоне, изменение оптических свойств газовой среды, выделение и распространение токсичных газов, газообмен помещения с окружающей средой и со смежными помещениями, теплообмен и нагревание ограждающих конструкций, снижение концентрации кислорода в помещении.
Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара. Математические модели пожара в помещении условно делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные) [1, 6].
Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаи-
219
модействующих с нею конструкций на разных этапах (стадиях) пожара. В этом отношении наиболее детальные сведения можно получить с помощью полевой модели [2-4].
В качестве программного средства для проведения расчетов с помощью полевого моделирования может быть использован пакет FDS (Fire Dynamics
Simulator).
Для прогнозирования возникновения и развития горения на конкретном объекте необходимо располагать информацией о свойствах конструкционных и отделочных материалов, состоянии окружающей среды, геометрических характеристиках объекта и др. Кроме того, при осуществлении расчетов необходимо задать местонахождение предполагаемого очага пожара и характеристики гипотетического источника зажигания.
При прогнозировании возникновения и развития горения на автостоянках в настоящее время используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку автомобиля, что не позволяет считать получаемые результаты достоверными, поскольку современные автомобили значительно различаются габаритными размерами, массой, объемом бака, наличием и местом расположения различных горючих материалов.
Реконструкция динамики пожара с помощью полевого моделирования не отразит в точности того, что происходило при пожаре. Но, чем точнее будут заданы данные, тем ближе реконструируемый сценарий пожара будет приближен к реальности.
Также следует указать, что вследствие необходимости сбора большого количества исходных данных, сложности и длительного времени расчета, применение FDS для определения очага пожара может иметь практический смысл только для пожаров на сложных объектах, а также на пожарах с гибелью людей для установления обстоятельств их гибели, либо на пожарах, сопровождающихся крупным материальным ущербом.
Сценарий пожара включает в себя определение границ исследуемого объекта, определение распределения пожарной нагрузки по объекту и последовательность событий при пожаре, о которых имеются соответствующие данные (расположение очага пожара, срабатывание систем пожаротушения, дымоудаления, открытие (закрытие) окон, дверей и т.д.). Другими словами, определяется, что будет гореть, где будет гореть и что при этом будет происходить [5, 6].
Распределение пожарной нагрузки задается исходя из имеющихся данных о конструкциях и изделиях, которые располагались внутри исследуемой области (помещения, здания).
После того, как сформулирован сценарий пожара, можно приступать непосредственно к работе по реконструкции развития пожара [3, 5]. Математическая модель была выполнена в программе Pyrosim. PyroSim — это пользовательский интерфейс для программы FDS.
С помощью данного программного продукта была поставлена задача моделирования распространение дыма, температуры, угарного газа и других опасных
220