Моделирование прогрева конструкции в условиях интенсивного взаимодействия с окружающей средой

• Автор: Журбин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Введение.

1. Анализ задачи построения программного обеспечения расчта прогрева конструкций

1.1. Анализ математических моделей.

1.1.1. Интегральные и зонные модели описания характеристик пожара.

1.1.2. Полевые модели получения локальных характеристик

1.2. Анализ методологий и современных средств проектирования программных комплексов.

1.2.1. Структурный подход к разработке программного обеспечения

1.2.2. Объектный подход к разработке программного обеспечения

1.2.3. Объединение структурного и объектного подхода в новом поколении САБЕсредств

1.3. Цель и задачи исследования.

2. Разработка комплекса математических моделей и моделей данных.

2.1. Математическая модель предметной области.
2.1.1. Модель очага горения
2.1.2. Модель определения температуры омывающего потока
2.1.3. Модель расчта температурных полей по сечению помещения.
2.1.4. Модель прогрева защищнной конструкции
2.1.5. Определение критериев Нуссельта при локальном пожаре для горизонтальных конструкций
2.1.6. Определение чисел Нуссельта для вертикальной конструкции
2.1.7. Алгоритм совместной реализации моделей
2.1.8. Математическая модель прогибов металлических конструкций
2.2. Разработка модели данных предметной области
2.2.1. Структура концептуальной модели данных предметной области.
2.2.2. Семантическая модель данных.
2.2.3. Структура реляционной модели данных.
2.3. Выводы по второй главе.
3. Реализация программного комплекса автоматизированного расчета прогрева конструкций.
3.1. Проектирование и моделирование.
3.1.1. Использование обобщнного языка моделирования.
3.1.2. Графические диаграммы .
3.2. Совместная реализация комплекса моделей предметной области
3.3. Структура программного комплекса.
3.4. Выбор инструментальных средств.
3.4.1. Язык реализации.
3.4.2. Создание приложения.
3.4.3. Совместное использование i и i
3.5. Выводы по третьей главе
4. Использование программного комплекса в процессе исследований характеристик пожара
4.1. Работа с программным комплексом
4.2. Интерфейс пользователя.
4.3. Управление вычислительным экспериментом.
4.4. Опытная эксплуатация работы программного комплекса
4.5. Выводы по четвертой главе.
Заключение
Список литературы


Полевые модели обеспечивают большую общность и точность детальных исследований по развитию пожара. Их можно использовать для описания трехмерных характеристик пожара. Однако, развитие полевых моделей исследования сложного процесса пожара ограничено вычислительной сложностью их реализации. Наряду с созданием полевых моделей проводятся интенсивные поиски и работы по конструированию зонных и интегральных моделей. Зонные и интегральные модели составляются с помощью использования уравнений баланса энергии, массы, движения для отдельных зон. При этом количество зон у всех исследователей, как правило, разное. Интегральные модели являются подмножеством зонных с одной зоной. Интегральное моделирование, опирающееся на сравнительно небольшой объем вычислительных работ и требующее в силу этого обстоятельства ЭВМ с небольшими показателями быстродействия и памяти, начало интенсивно развиваться с середины -х годов. Основой любой интегральной модели являются математические уравнения, выражающие законы сохранения и термодинамики и позволяющие определять среднеобъемные характеристики помещения при пожаре [,]. Рт=ртНтТ; (1. Ж р с1х Же) е! Рт = Рт0 Рт = РтОТ = Т0 Х1 = * х2 = * *3 = *! Ов,вг,а1,Мн =/((), (1. Gr- расход уходящих газов; А/н - скорость выгорания материала; а,— коэффициент теплопередачи на /-той поверхности; / -текущее время. Совокупность уравнений (1. Вывод уравнений (1. За рубежом центром исследований интегральных моделей были и остаются Япония и США. Появилось немало работ, опирающихся на интегральные модели при решении задач пожарной; профилактики. Это работы Takeyoshi Tanaka, Thelardeson Magnusson, Kawagoe . Японские ученые Tanaka и Kawagoe проводили свои исследования для небольших помещений жилых сооружений типичных для. Японии. Tanaka, например, исследует потоки при пожаре, обусловленные действием конвекции и излучения с помощью интегральной модели, предложенной им. Его результаты позволяют сделать несколько интересных выводов, о существенном влиянии излучения на процесс распространения пожара в соседние помещения. Ряд других статей японских ученых, посвященных исследованию характеристик- пожара в развитой стадии с помощью интегральных моделей, позволяют рассчитывать толщину и температуру слоя горячих газов, который формируется около перекрытия и целый ряд других характеристик. Экспериментальные исследования японских ученых подтвердили истинность и пригодность интегральных моделей для решения некоторых практических задач. В нашей стране центром исследований получения интегральных характеристик пожара в помещении являются: Высшая инженерная пожарнотехническая школа и Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны. Интегральные модели, предложенные Ю. А.Кошмаровым и И. С.Молчадским, вытекают из основных законов сохранения массы и первого закона термодинамики []. Вместе с граничными и начальными условиями, уравнения, выражающие законы сохранения, образуют замкнутую систему для определения неизвестных характеристик пожара помещения, таких как концентрация, плотность, давление, температура и т. Несмотря на некоторые отличия интегральные модели с математической точки зрения* представляют собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, которая наиболее просто реализуется методом- Рунге-Кутта, входящем в состав стандартного математического обеспечения современных ЭВМ [,]. Интегральное моделирование, представленное целой серией работ []-[]- в сочетании с экспериментальными исследованиями, позволило определить важные характеристики пожара в помещении:* среднеобъемные температурные режимы помещения, и конструкций во всех стадиях с постоянной геометрией * очага горения, концентрации вредных для жизни человека продуктов сгорания для помещения с одним проемом, несколькими проемами, сведения о законах теплообмена4 между конструкциями и окружающим воздухом и т. Интегральное моделирование явилось началом применения вычислительного эксперимента для решения многих задач не только пожарной профилактики, но иг теории огнестойкости [, ,. Интегральное моделирование является подмножеством зонного с одной зоной.