Пузач С.В.

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы

С.В. Пузач

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОМАССООБМЕНА

ПРИ ПОЖАРЕ В ПОМЕЩЕНИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИ РЕШЕНИИ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ

Монография

Одобрено редакционно-издательским советом Академии ГПС МЧС России

Москва 2005

ББК 38.96+22.1 УДК 614.841 П-88

Пузач С.В.

Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2005.-336 с.

Рецензенты: чл.-корр. РАН, д-р техн. наук, проф. Ю.В. Полежаев (Институт высоких температур РАН); д-р техн. наук, проф. А.Н. Баратов (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

В монографин проведен анализ современного состояния математического моде­лирования тепломассообмена в сложных термогазодинамических условиях и краткий обзор математических моделей расчета термогазодинамики пожара. Разработана поле­вая и интегральные модели пожара, а также процедура численного решения замкнутых систем дифференциальных уравнений. Представлены результаты сопоставления с экс­периментальными данными. Предложены методики определения необходимого време­ни эвакуации людей и фактических пределов огнестойкости строительных конструкций на основе полевой модели. Приведены примеры численного исследования закономер­ностей тепломассообмена при пожаре в помещениях со сложной геометрией (атриумы, коридоры, многоэтажные здания, многофункциональные комплексы, подбалюстрадное пространство метрополитена и т.д.), при распространении взрывоопасного газа (водо­рода) и тушении возгорания направленным взрывом. Рассмотрены некоторые особен­ности пожаровзрывобезопасности водородной энергетики.

Монография ориентирована на научных и инженерных работников, специализи­рующихся в области теории тепломассообмена в сложных термогазодинамических ус­ловиях, а также для научных и практических работников пожарной охраны, преподава­телей и слушателей высших образовательных учреждений пожарно-технического про­филя. Рекомендуется к использованию для выполнения научно-исследовательских и нормативно-технических работ по оптимизации с точки зрения пожарной безопасности объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, в том числе тех, на которые отсутствуют нормы проектирования, а также при проведении пожарно-технической экспертизы и расследовании пожаров. Разработанные методы расчета мо-1уг быть положены в основу разработки технических регламентов пожарной безопасности.

15ВК 5-93585-066-4

© Академия Государственной противопожарной

службы МЧС России, 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Основные обозначения................................................................................................. 5

Введение........................................................................................................................ 6

1. Современное состояние проблемы математического моделирования
тепломассообмена в сложных термогазодинамических условиях.............................. 8

1.1. Методы расчета тепломассообмена при вынужденной и естественной
конвекции............................................................................................................. 8

1.2. Математические модели расчета термогазодинамики пожара................... 13

1.3. Моделирование лучистого теплообмена.................................................... 20

2. Математические модели расчета тепломассообмена при пожаре в помещении... 26

2.1. Полевая модель расчета тепломассообмена при пожаре............................ 26

2.1.1. Особенности и упрощения термогазодинамической

картины пожара.......................................................................................... 26

2.1.2. Основные уравнения полевой модели............................................. 28

2.1.3. Дополнительные соотношения....................................................... 32

2.1.3.1.Расчет турбулентного тепломассообмена................................ 32

2.1.3.2.Моделирование радиационного теплообмена.......................... 39

2.1.3.3.Расчет процесса газификации пожарной нагрузки.................. 41

2.1.3.4.Модели горения......................................................................... 42

2.1.4. Условия однозначности................................................................... 44

2.1.5. Метод численного решения............................................................ 46

2.2. Интегральная модель расчета термогазодинамики пожара........................ 52

2.2.1. Основные положения и допущения................................................ 52

2.2.2. Основные уравнения......................................................................... 57

2.2.3. Дополнительные соотношения....................................................... 60

2.2.3.1.Газообмен через открытый проем............................................ 60

2.2.3.2.Процессы газификации и горения пожарной нагрузки............ 68

2.2.3.3.Прогрев ограждающих конструкций........................................ 72

2.2.4. Метод численного решения 75

2.3. Тестовые расчеты........................................................................................ 77

3. Некоторые закономерности тепломассообмена при пожаре в помещении.......... 93

3.1- Естественная конвекция на начальной стадии пожара в помещении........ 93

3.2. Естественная конвекция на развитой стадии пожара в помещении........... 132

3.3. Сравнительный анализ интегрального и полевого методов расчета
тепломассообмена при пожаре................................................................................ 143

3.4. Некоторые закономерности тушения пожара в протяженных

каналах направленным взрывом................................................................................ 154

4. Некоторые особенности пожаровзрывобезопасности водородной энергетики... 163

4.1. Естественная конвекция в неоднородной во дородно-воздушной смеси 163

4.2. Особенности пожаровзрывоонасности разгерметизации гидридного
аккумулятора водорода при пожаре......................................................................... 189

4.2.1. Постановка задачи............................................................................. 189

4.2.2. Математическая модель расчета тепломассообмена внутри
гидридного аккумулятора водорода.......................................................... 195

4.2.3. Особенности тепломассообмена при разгерметизации

гидридного аккумулятора при пожаре..................................................................... 201

5. Примеры практического решения задач пожаробезопасное™........................... 208

5.1. Некоторые аспекты обеспечения пожарной безопасности
метрополитена......................................................................................................... 208

5.2. Некоторые закономерности развития пожара в атриуме........................ 216

5.3. Особенности развития пожара в трехэтажном торговом комплексе..... 240

5.4. Особенности развития пожара в коридорах............................................. 249

5.5. Методика расчета фактических пределов огнестойкости

строительных конструкций и примеры ее использования...................................... 267

5.5.1.Назначение и область применения методики............................... 267

5.5.2.Общие положения методики......................................................... 268

5.5.3.Теоретические основы методики................................................... 270

5.5.4.Моделирование действий систем пожаротушения, механической
вентиляции и дымоудаления.................................................................. 271

5.5.5.Основные положения расчета по определению фактических
пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций. 272

5.5.6.Примеры выполнения расчетов для различных видов
строительных конструкций...................................................................................... 276

5.6. Влияние этажа возникновения пожара на необходимое время

эвакуации людей..................................................................................................... 289

Заключение............................................................................................................... 315

Приложение 1. Величины критических температур для различных видов

строительных конструкций..................................................................................... 317

Приложение 2. Параметры горючей нагрузки для жилых и нежилых помещений

гражданских зданий................................................................................................. 319

Приложение 3. Теплофизические свойства материалов конструкций.................. 323

Приложение 4. Степень черноты поверхностей ряда материалов.............,........... 327

Литература............................................................................................................... 329

Дата добавления: 2015-07-11