Контрольная работа: Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении

Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия

ГПС МЧС России

Кафедра государственного надзора и экспертизы пожаров

(в составе УНК «Государственный надзор»)

Курсовая работа

по дисциплине: Прогнозирование опасных факторов пожара

Тема: Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении

Выполнил: Иванов К.В., факультет

пожарной безопасности,

51 курс, 514 учебная группа

Иваново 2017

Содержание

охрана пожарный подразделение

• Введение
• 1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии
• 1.1 Исходные данные
• 1.2 Описание интегральной математической модели
• 1.3 Результаты численной реализации математической модели
• 1.4 Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар
• 2. Исследовательская работа
• 2.1 Исходные условия
• 2.2 Результаты прогнозирования ОФП и итоги исследования
• 2.3 Описание оперативной обстановки на момент прибытия подразделений пожарной охраны на пожар
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

1. Прогнозирование опасных факторов пожара при его свободном развитии

1.1 Исходные данные

Помещение для хранения толуола. Вентиляция механическая противодымная вытяжная. При возникновении пожара включается автоматически. Отопление центральное водяное. Противодымная защита помещения работает.

Помещение имеет следующие размеры:

- длину a = 12 м;

- ширину b = 9 м;

- высоту 2h = 3 м.

В наружных стенах здания по его длине расположено 2 оконных проёма. Размерами 2,0 х 2,0 м. Окна расположены на высоте от пола до нижних краёв проёмов 0,8 м. Следовательно, координаты расположения нижних и верхних краёв оконного проёма будет yн = 0,8 и yв = 2,8 м соответственно. Суммарная ширина оконных проёмов 4 м.

Оконные проёмы остеклены листовым оконным стеклом. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении - Tок.=300 °С.

Дверь эвакуационного выхода из помещения во время пожара открыта для эвакуации. Ширина двери - 0,9 м, высота - 1,9 м, т.е. и м. Суммарная ширина дверных проёмов м.

Горючий материал - мебель + бытовые изделия. Доля площади, занятая горючим материалом =17,2 %.

Площадь пола, занятая горючим материалом составляет:

м2 (1.1)

где - площадь пола помещения, м2 .

Общее количество материала пожарной нагрузки помещения , кг (масса материала) при кг/м2 находится по формуле:

кг (1.2)

где - масса горючего материала на одном квадратном метре площади пола, занятой горючим материалом (), кг/м2.

Жидкий горючий материал занимает площадку прямоугольной формы. Размеры сторон прямоугольника иопределены из выражений:

м; (1.3)

м. (1.4)

Место возникновения пожара (очага пожара) принимаем в центре площади, занятой горючим материалом.

Внешние атмосферные условия:

- температура К, °С;

- давление (на уровне y=h )мм рт. ст., Па.

Свойства горючей нагрузки помещения:

Параметры состояния газовой среды в помещении перед пожаром приняты равными параметрам наружного воздуха.

1.2 Описание интегральной математической модели

Основная система дифференциальных уравнений интегральной математической модели пожара в помещении, описывающих процесс изменения состояния среды, заполняющей помещение, имеет вид:

где - объем первого помещения, м3;

- среднеобъемная плотность газовой среды в первом помещении, кг/м3;

- время, с;

- скорость выгорания (скорость газификации) горючего материала в рассматриваемый момент времени, в первом помещении, кг/с;

- массовый расход поступающего воздуха из окружающей атмосферы в помещение, который имеет место в рассматриваемый момент времени процесса развития пожара, кг/с;

- массовый расход газов, покидающих помещение через проемы в рассматриваемый момент времени, кг/с;

и - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией, кг/с;

- массовый расход огнетушащего вещества, кг/с;

- среднеобъемное давление, Н/м2

- отношение изобарной и изохорной теплоемкостей идеального газа (показатель адиабаты);

- коэффициент полноты сгорания ();

- низшая теплота сгорания, Дж/кг;

- энтальпия продуктов газификации горючего материала, Дж/кг;

, ,- изобарные теплоемкости воздуха, газов в помещении и огнетушащего вещества (инертного газа) соответственно, Дж/(кг К);

, , - температура воздуха (), газовой среды в первом помещении и огнетушащего вещества соответственно, К;

- тепловой поток, поглощаемый ограждающими конструкциями, Вт;

- тепловой поток, излучаемый через проемы, Вт;

- тепловой поток, поступающий от системы отопления, Вт;

- среднеобъемная парциальная плотность кислорода, кг/м3;

- стехиометрический коэффициент для кислорода (количество кислорода, необходимое для сгорания единицы массы горючего материала), кг/кг;

- парциальная плотность кислорода в поступающем воздухе, кг/м3;

- плотность атмосферы (воздуха) (), кг/м3;

- среднеобъемная парциальная плотность токсичного продукта горения, кг/м3;

- стехиометрический коэффициент для продукта горения (количество продукта горения, образующегося при сгорании единицы массы горючего материала), кг/кг;

- среднеобъемная оптическая плотность дыма, Нп/м.

- дымообразующая способность Нпм2/кг;

- коэффициент седиментации (оседание) частиц дыма на поверхностях ограждающих конструкций, Нп/с;

- площадь поверхности ограждений (потолка, пола, стен), м2.

Анализ исходных данных показывает, что в уравнениях (1.5) -(1.10) можно положить:

=0, =0, =0, =0. (1.11)

(0, 0 - только в исследовательской части)

Для решения задачи об исследовании опасных факторов пожара, когда среднеобъемное давление в помещении изменяется в небольших пределах, с достаточной точностью можно принять левую часть уравнения (1.6) равной нулю, т.е.

(1.12)

Кроме этого, учитывая, что , величиной можно пренебречь.

С учётом условий (1.11), (1.12) система дифференциальных уравнений интегральной математической модели пожара в помещении, описывающих процесс изменения состояния газовой среды в помещении с очагом пожара, принимает вид:

Начальные условия (при) для дифференциальных уравнений записываются следующим образом:

(1.20)

где - начальная температура в помещении (по условию), К;

- газовая постоянная воздуха, Дж/(кг К);

- атмосферное давление на уровне половины высоты помещения, Па.

В общем случае система обыкновенных дифференциальных уравнений пожара является жёсткой и решается численными методами с использованием ЭВМ. Для интегрирования системы уравнений пожара с заданными начальными условиями используется процедура Рунге-Кутта.

Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении проводится с использованием программы INTMODEL, разработанной на кафедре Инженерной теплофизики и гидравлики ВИПТШ МВД РФ. В программе использован метод Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом.

1.3 Результаты численной реализации математической модели

Расчеты проводились с использованием персонального компьютера(указать тип и основные технические характеристики, например, IBM совместимый ПК со следующими характеристиками: процессор AMD Turion); операционная система Windows XP; видеокарта поддерживающая 256 цветов и разрешение 1024х768 точек на дюйм; разрешение экрана 1024х768 точек на дюйм).

Программа INTMODEL реализует описанную выше математическую модель и предназначена для расчета динамики пожара жидких и твердых горючих веществ и материалов в помещении, имеющем от одного до девяти проемов в вертикальных ограждающих конструкциях. От известных аналогов программа отличается тем, что позволяет учитывать вскрытие проемов, работу систем механической вентиляции и объемного тушения пожара инертным газом, а также учитывать кислородный баланс пожара, позволяет рассчитывать концентрацию окиси и двуокиси углерода, задымленность помещения и дальности видимости в нем.

Управление программой INTMODEL осуществляется с помощью системы экранных меню, которая состоит из главного меню и подменю более низких уровней, образующих древовидную иерархическую структуру.

Каждое меню состоит из пунктов. Выбор нужного пункта производится клавишами с изображением стрелок, а его выполнение клавишей Enter. Клавиша Esc осуществляет выход из текущего подменю и возврат в предыдущее. При нажатии клавиши F2 программа переходит в режим калькулятора, изображение которого появляется на экране.

Нижняя строка экрана всегда содержит информацию, напоминающую о доступных в данный момент оперативных клавишах и их назначении. При работе с манипулятором «мышь» его левая кнопка соответствует клавише Enter, правая кнопка - клавише Esc, а одновременное нажатие левой и правой кнопок - клавише F1. Средняя кнопка «мыши» не используется.

При работе с системой меню в нижнее части экрана всегда содержится строка подсказки, раскрывающая назначение текущего пункта меню. При смене пункта строки подсказки меняются автоматически.

В некоторых ситуациях программа требует от пользователя подтверждения его действий, выдавая при этом соответствующий запрос. Для ответа «Да» используется клавиша Enter или левая кнопка «мыши» (выполнить операцию), а для ответа «Нет» - клавиша Esc или правая кнопка «мыши» (отменить операцию и продолжить работу).

При работе с программой требуется задать исходные данные, произвести расчет, просмотреть на экране полученные результаты в виде таблиц или графиков и на основе их анализа сделать соответствующие выводы применительно к конкретной решаемой задаче. Последний этап (анализ результатов и принятие решений) может быть осуществлен только пользователем, сама же программа является объективным инструментом, многократно облегчающим и ускоряющим решение задачи.

Результаты численных расчетов газовой среды, площади пожара и координат плоскости равных давлений (ПРД) сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Параметры газовой среды, площадь пожара и координаты плоскости равных давлений (ПРД) от времени