Моделирование процессов тепло- и массопереноса в припотолочной струе продуктов горения на начальной стадии пожара в помещении

• Автор: Карпов, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Методы расчета параметров припотолочной струи продуктов горения и ее воздействия на тепловые пожарные извещатели.

Постановка задач исследования.

2. Физические и математические модели, используемые при полевом моделировании пожаров.

2.1. Основные уравнения.

2.2. Моделирование турбулентности.

2.3. Модели горения.

2.4. Радиационный теплоперенос

2.4.1. Потоковые методы.

2.4.2. Метод дискретного радиационною переноса

2.4.3. Радиационные свойства продуктов горения
3. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.
3.1. Моделирование процессов тепло и массопереноса в области
пламени и восходящей свободноконвективной струи
3.1.1. Постановка задачи и математическая модель
3.1.2. Оценка влияния точности моделирования радиационного переноса.
3.1.3. Проверка воспроизводимости решения задачи на расчетных сетках различных размеров
3.1.4. Оптимизация граничных условий для турбулентных параметров в очаге горения.
3.2. Моделирование эксперимента по горению метанола в помещении большой высоты.
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Математическая модель
3.2.3. Результаты расчетов и их анализ
3.3. Моделирование процессов тепло и массопереноса в
припотолочной струе продуктов горения
Выводы по главе 3.
4. Моделирование припотолочных струй продуктов горения над стационарными и нестационарными очагами пожаров
4.1. Сравнение результатов моделирования с полуэмпирическими
корреляциями для неограниченной припотолочной струи продуктов горения над стационарным очагом пожара.
4.1.1. Постановка задачи
4.1.2. Результаты расчетов и их анализ
4.1.3. Анализ процессов тепло и массопереноса в области лобовой точки и их описание при инженерной оценке времени срабатывания тепловых пожарных извещателей
4.2. Сравнение результатов моделирования с полуэмпирическими
корреляциями для неограниченных припотолочных струй продуктов горения над нестационарными очагами пожара.
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Результаты моделирования и их анализ.
4.3. Сравнение параметров неограниченной припотолочной струи
продуктов горения с аналогичными параметрами при пожаре в помещениях малых размеров.
Выводы по главе 4
Основные результаты и выводы
Литература


Если в помещении есть хотя бы один открытый проем, то, как только задымленная зона опустится ниже верхнего среза этого проема, часть дыма будет удаляться из помещения (конечно, при соответствующем перепаде давлений). С уменьшением высоты незадымленной зоны уменьшается свободная высота конвективной колонки, а, значит, и массовый расход дыма, вносимого колонкой в задымленную зону. Нижняя граница задымленной зоны опускается до уровня, при котором устанавливается динамическое равновесие между подпиткой задымленной зоны очагом пожара (колонкой), турбулентной диффузией на свободной поверхности задымленной зоны и удалением дыма (системой противодымной защиты и через открытые проемы). Кроме того, на равновесное положение границы заметно влияют и процессы теплообмена между очагом горения, конструкциями помещения и всеми зонами. Пели равновесное положение границы задымленной зоны не достигается и в этом случае, то дым заполняет вес помещение. При определенных условиях возникает общая вспышка, и локальный пожар перерастает в объемный. Рассмотренная картина развития пожара отражается с различной степенью полноты всеми известными зональными моделями. Легко заметить, что при заполнении дымом всего объема помещения зонная модель фактически превращается в интеїральную. Тем не менее, протекающие при пожаре физические процессы (в частности, струйные течения) могут продолжать рассматриваться на более детальном уровне. Таким образом, зональный метод моделирования пожаров более детально и адекватно отражает физическую картину пожара и позволяет точнее воспроизвести особенности ею начальной стадии, особенно, в помещениях большого объема. Однако при создании зонных моделей необходимо делать большое количество упрощении и допущений, основанных на априорных предположениях о структуре потока. Такая методика неприменима в тех слу чаях, когда отсутствует полученная из пожарных экспериментов информация об этой структуре, и, следовательно, нет основы для зонною моделирования. Кроме того, часто требуется более подробная информация о пожаре, чем осрсднсн-ные по слою (зоне) значения параметров. Задача оптимального размещения пожарных извещателей представляет собой как раз такой случай. Поскольку размер чувствительного элемента из-вешатсля очень мал по сравнению с размерами помещения для оценки времени его срабатывания явно недостаточно знать осредненные по всему помещению или большой зоне значения параметров, воздействующих на пожарный извещатель. Необходимо знать локальные значения параметров. Нолевые модели являются более мощным и универсальным инструментом, чем зональные, поскольку' они основываются на совершенно ином принципе. Вместо одной или нескольких больших зон, в полевых моделях выделяется большое количество (обычно тысячи или десятки тысяч) маленьких контрольных объемов, никак не связанных с предполагаемой структурой потока. Для каждого из этих объемов с помощью численных методов решается система уравнений в частных производных, выражающих принципы локального сохранения массы, импульса, энергии и масс компонентов. Таким образом, динамика развития процессов определяется не априорными предположениями, а исключительно результатами расчета. Естественно, что такие модели, по сравнению с интетральными и зональными, требуют значительно больших вычислительных ресурсов. Однако в последние двадцать лет, в связи с быстрым развитием компьютерной техники. В настоящее время они широко используются при проектировании многих систем, в частности, систем кондиционирования воздуха, камер сгорания, печей и т. Однако внедрение полевого моделирования в практику пожарной науки идет гораздо медленнее. Это связано с большой сложностью и многообразием наблюдающихся при пожаре процессов и явлений. Помимо турбулентности течения моделирование осложняется наличием больших градиентов температуры, сильной неоднородностью оптических свойств среды, химическими реакциями, образованием в потоке твердой фазы в виде сажи и т. Тем не менее, в настоящее время создан целый ряд компьютерных программ, реализующих полевой метод моделирования, которые достаточно точно описывают поля скоростей, температур и концентраций на начальной стадии пожара (см.