ВВЕДЕНИЕ. Пожары среди чрезвычайных ситуаций различного типа занимают первое место в России по

Пожары среди чрезвычайных ситуаций различного типа занимают первое место в России по числу гибели людей [1]. Ежегодно в стране про­исходит порядка 300 тыс. пожаров, сопровождающихся самым высоким в мире уровнем гибели и травмирования людей - примерно в три раза выше, чем в развитых странах. Поэтому повышение уровня пожаровзрывобезо-пасности является важной государственной проблемой.

В связи с переходом многих стран мира к гибкому объектно-ориентированному противопожарному нормированию математическое мо­делирование пожаров становится определяющим звеном при решении раз­личных задач пожарной безопасности. Федеральное законодательство, в частности, закон о техническом регулировании [2] обеспечивает законода­тельную базу для реализации на практике принципа гибкого нормирова-

ния.

Особое место отводится задачам обеспечения безопасности людей при эвакуации и пожаротушении. Для обеспечения безопасной эвакуации лю­дей необходимо знать время критической продолжительности пожара [3] (промежуток времени от начала возникновения горения до достижения ве­личины хотя бы одного опасного фактора пожара ее критического для че­ловека значения на уровне органов дыхания). Однако в российских стан­дартах безопасности для определения этого времени заложены упрощен­ные интегральные методы расчета тепломассообмена при пожаре. Исполь­зование методов расчета более высокого уровня (зонных и полевых) по­зволит более надежно определять величину критической продолжительно­сти пожара.

Особенно актуальным является использование полевых методов для определения необходимого времени эвакуации людей из нестандартных объектов, на которые отсутствуют нормы пожарной безопасности (напри­мер, многофункциональные здания, атриумы и т.д.).

При определении фактических пределов огнестойкости строительных конструкций вопрос точности и надежности метода расчета тепломассо­обмена при пожаре является ключевым. В действующих нормах пожарной безопасности фактические пределы огнестойкости устанавливаются на ос­нове определения эквивалентной продолжительности пожаров и коэффи­циента огнестойкости или по экспериментальным данным по поведению конкретной конструкции в условиях "стандартного" пожара [3]. Однако такой подход не учитывает реальные условия пожара на конкретном объ­екте, такие, как, например, реальный термогазодинамический режим по­жара, теплофизические и химические свойства находящейся в помещении горючей нагрузки, геометрические размеры помещения, размеры и распо­ложение проемов и т.д.

Для совершенствования и повышения эффективности и надежности работы систем пожаровзрывобезопасности требуется создание нетрадици­онных, принципиально новых приборов и датчиков, принцип действия ко­торых основан на подробной информации об особенностях тепломассооб­мена при пожаре. Вопрос точности и надежности метода расчета тепло­массообмена является ключевым в обеспечении безопасности людей, а также при выборе параметров и мест размещения детекторов раннего об­наружения и диагностики возгорания.

Сложность разработки такого метода заключается в многофакторно­сти и нелинейности задачи. Моделирование тепломассообмена при пожаре представляет собой крайне сложную, в полном виде не решенную пробле­му [3]. Реальный пожар как неконтролируемое горение [3] является слож­ным, до конца не изученным, существенно нестационарным и трехмерным теплофизическим процессом, сопровождающимся изменением химическо­го состава и параметров газовой среды помещения. Турбулентный конвек­тивный и лучистый тепломассообмен в очаге горения с химическими ре­акциями, теплообмен между горячими газами и ограждающими конструк­циями помещения и т.д. осложняются тепломассообменом с окружающей средой через проемы и вследствие работы систем механической приточно-вытяжной вентиляции и пожаротушения, что приводит к существенной неоднородности температурных, скоростных и концентрационных полей продуктов горения в объеме помещения (нестационарность и трехмер­ность задачи).

О сложности решения такой задачи также говорит тот факт, что ма­тематическое моделирование турбулентного тепломассообмена в сложных термогазодинамических условиях вместе с другими задачами нелинейной физики входит в список, составленный Российской академией наук [4], тридцати особо важных и интересных проблем физики на ближайшие годы.

Целью расчетов по математическим моделям газодинамики и тепло­массообмена при пожаре является прогнозирование динамики изменения параметров газовой среды помещения (в первую очередь, опасных факто­ров пожара), прогрева ограждающих конструкций и теплового или иного воздействия пожара на людей и материальные ценности.

Интегральные, зонные и полевые модели термогазодинамики пожара имеют ряд существенных недостатков, связанных как с практическими сложностями их реализации в практике, так и с недостаточностью инфор­мации о параметрах конвективного тепломассообмена и лучистого тепло-переноса при пожаре. Например, на начальной стадии пожара, определяющей время безопасной эвакуации людей, газовая среда помещения с частицами дыма в различных частях объема помещения имеет существен­но различающиеся радиационные свойства. Поэтому для расчета характе­ристик лучистого теплообмена в этих областях используются различные методы расчета.

Таким образом, необходимо дальнейшее совершенствование научных основ моделирования тепломассообмена при пожаре, в первую очередь, на основе физического моделирования. Однако высокая стоимость и трудо­емкость проведения экспериментальных исследований на современном уровне (стоимость приборов может достигать сотен тысяч долларов) дела­ет актуальной задачу математического моделирования.

В монографии проведен краткий анализ современного состояния ма­тематического моделирования тепломассообмена в сложных термогазоди­намических условиях, дан краткий обзор математических моделей расчета термогазодинамики пожара, предложены интегральная и полевая модели расчета, проведено сопоставление с экспериментальными данными, а так­же приведены конкретные примеры исследования закономерностей теп­ломассообмена и их практическое использование при решении ряда задач пожаровзрывобезопасности (определение необходимого времени эвакуа­ции людей и фактических пределов огнестойкости строительных конст­рукций).

Дата добавления: 2015-07-11