МИНИСТРЕСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

«УТВЕРЖДАЮ»

Начальник Академии ГПС МЧС России

генерал-полковник внутренней службы

И.М. Тетерин «_»_2011 года

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ

ПОЖАРА

для курсантов и слушателей по специальности 280104.65 – «Пожарная безопасность»

(очной и заочной формы обучения)

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебный план набора _ года с изменениями _ года Рекомендовано к рассмотрению на ученом совете УМЦ Академии ГПС МЧС России «» _2010г.

Одобрено Ученым советом Академии ГПС МЧС России Протокол № от «_» _ 20_г.

Москва 1. Характеристика дисциплины Дисциплина «Прогнозирование опасных факторов пожара» является основной для изучения таких профилирующих дисциплин, как «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре», «Пожарная безопасность в строительстве», «Производственная и пожарная автоматика», «Пожарная тактика», «Расследование и экспертиза пожаров» и др.

Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных учащимися при изучении высшей математики, информатики, физики, химии, теплотехники, гидравлики, теории горения и взрыва.

2. Организационно – методические указания Наилучшей гарантией глубокого и прочного усвоения курса «Прогнозирование опасных факторов пожара» является заинтересованность слушателей в приобретении знаний. Для поддержания интереса слушателей к дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» следует использовать богатый и разнообразный материал ее специальных приложений, лекционные демонстрации и аудиовизуальные средства. Изучение курса предполагает проведение лекций и практических занятий, выполнение лабораторных работ, домашних заданий, индивидуальной работы преподавателей с учащимися и активной самостоятельной работы слушателей. На лекциях рекомендуется излагать наиболее существенные, трудные для усвоения вопросы программы или недостаточно освещенные в учебной литературе. Не охваченные на лекциях вопросы следует выделять для самостоятельной проработки их слушателями. Целесообразно также на самостоятельное изучение выносить отдельные вопросы и темы, имеющие чисто информативный и описательный характер.

Программа предусматривает усиление практической подготовки слушателей за счет широкого применения вычислительной техники при выполнении домашних заданий и контрольных работ, лабораторного практикума.

В целях интенсификации всех видов учебного процесса рекомендуется широко применять технические средства обучения и автоматизированные обучающие системы.

3. Цель дисциплины - изучить принципы и методы математического описания (моделирования) взаимосвязанных термогазодинамических процессов, характеризующих в целом пожар в помещении (здании, сооружении) как сложное физическое явление, при котором наряду с выделением тепловой энергии (вследствие горения) изменяется со временем температура газовой среды и содержание кислорода в помещении, образуются токсичные газы, в результате задымления меняются оптические свойства газовой среды, происходит газообмен помещения с внешней атмосферой (или со смежными помещениями) через проемы и прогреваются строительные конструкции.

4.Задачи дисциплины – теоретически и практически подготовить будущих специалистов к проведению научно обоснованного прогнозирования динамики опасных факторов пожара (ОФП) в помещениях (зданиях, сооружениях), а также к проведению исследований реально произошедших пожаров при их экспертизе.

5.Место дисциплины в профессиональной подготовке выпускника Дисциплина «Прогнозирование опасных факторов пожара» является основной для изучения таких профилирующих дисциплин, как «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре», «Пожарная безопасность в строительстве», «Производственная и пожарная автоматика», «Пожарная тактика», «Расследование и экспертиза пожаров» и др.

Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных учащимися при изучении высшей математики, информатики физики, химии, теплотехники, гидравлики, теории горения и взрыва.

5. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения курса выпускники должны:

знать - основные математические модели пожаров (интегральные, зонные, дифференциальные) и методы их численной реализации с помощью компьютеров;

уметь - проводить численные эксперименты по моделированию пожаров применительно к решению профилактических и тактических задач (разработка рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре, создание и совершенствование систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения, разработка оперативных планов тушения пожаров, оценка фактических пределов огнестойкости строительных конструкций и т. д.), а также к исследованию реально произошедших пожаров:

владеть навыками - работы с известными компьютерными программами расчета динамики опасных факторов пожара.

6. Объем дисциплины и виды учебной работы Срок обучения 5 лет очно (6 лет заочно) Количество Формы обучения часов по очная заочная № Виды учебной работы учебному п/п семестр семестр плану 5 Общая трудоемкость дисциплины 1 102 102 Аудиторные занятия с преподавателем:

Срок обучения 3 года очно (4 года заочно) Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия с преподавателем:

Раздел 1. Интегральная математическая модель пожара в помещении.

Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях.

Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара.

в начальной стадии пожара.

Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального Раздел 2. Зонная математическая модель пожара в помещении Раздел 3. Дифференциальная (полевая) математическая модель пожара в помещении ческой модели.

Итоговая форма контроля-дифференцированный зачет Раздел 1. Интегральная математическая модель пожара в помещении Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара Математическая постановка начальной стадии пожара Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода Раздел 2. Зонная математическая модель пожара в помещении Раздел 3. Дифференциальная (полевая) математическая модель пожара в помещении ческой модели Итоговая форма контроля-зачет №№ Наименование Раздел 1. Интегральная математическая модель пожара в помещении Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара в начальной стадии пожара при тушении пожара с использованием интегрального метода Раздел 2. Зонная математическая модель пожара в помещении Раздел 3. Дифференциальная (полевая) математическая модель пожара в помещении Численная реализация матической модели Итоговая форма контроля – дифференцированный зачет Раздел 1. Интегральная математическая модель пожара в помещении Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара в начальной стадии пожара при тушении пожара с использованием интегрального метода Раздел 2. Зонная математическая модель пожара в помещении Раздел 3. Дифференциальная (полевая) математическая модель пожара в помещении матической модели Итоговая форма контроля – зачет

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Интегральная математическая модель пожара в помещении Тема 1. Исходные понятия и общие сведения о методах Опасные факторы пожара. Физические величины, характеризующие ОФП в количественном отношении; предельно допустимые значения ОФП.

Математическое моделирование, как наиболее современный научный метод прогнозирования ОФП. Основные требования, предъявляемые к моделям. Методы математического моделирования динамики ОФП, их особенности и области практического использования. Обзор развития методов прогнозирования ОФП.

Тема 2. Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении Свойства газообразной среды в помещении при пожаре. Локальное равновесие и взаимосвязь между локальными термодинамическими параметрами состояния газовой среды. Пространственно-временное распределение локальных параметров состояния среды в помещении при пожаре. Влияние изменения состава и температуры газовой среды при пожаре на ее газовую постоянную, показатель адиабаты и теплоемкость. Присутствие мельчайших твердых частиц в газообразной среде и их вклад в интегральные значения внутренней (тепловой) энергии и массы среды, заполняющей помещение при пожаре. Влияние этих частиц на процессы тепломассопереноса и оптические свойства среды.

Интегральный метод описания состояния газовой среды при пожаре в помещении. Среднеобъемная плотность газовой среды и среднеобъемные парциальные плотности ее компонентов. Среднеобъемная внутренняя энергия и среднеобъемное давление газовой среды в помещении. Среднемассовая и среднеобъемная температуры среды в помещении. Методика определения среднеобъемного давления, среднемассовой и среднеобъемной температур на основе инструментальных измерений. Интегральное уравнение состояния газовой среды в помещении.

Дымообразование и параметры дыма, образованного твердыми частицами. Коагуляция и седиментация частиц дыма. Оптическое количество дыма и среднеобъемная оптическая плотность дыма. Связь между оптической плотностью дыма и дальностью видимости. Экспериментальные методы измерения оптической плотности дыма.

Интегральный метод термодинамического анализа пожара. Среда в помещении как открытая термодинамическая система. Взаимодействие этой системы с внешней средой и интегральные характеристики этого взаимодействия. Квазиравновесный процесс изменения состояния этой системы при пожаре. Особенности процесса изменения состояния этой системы на отдельных этапах развития пожара. Вывод дифференциальных уравнений интегральной математической модели пожара, описывающих динамику опасных факторов пожара, – уравнений материального баланса среды и ее компонентов, уравнений баланса оптического количества дыма и энергии. Начальные условия и условия однозначности.

Классификация интегральных математических моделей пожара. Математическая постановка задачи о прогнозировании ОФП на основе полной системы дифференциальных уравнений интегральной модели пожара. Методы численного решения этой задачи. Приведение уравнений описывающих динамику ОФП, к безразмерному виду. Подобие и критерии подобия пожаров.

Тема 3. Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара Причины, обуславливающие движение газа и газообмен помещения с внешней средой через проемы при пожаре. Распределение гидростатических давлений по вертикали внутри и снаружи помещения. Плоскость равных давлений (ПРД). Зависимость расположения ПРД от среднеобъемных значений давления и плотности газовой среды в помещении. Возможные режимы газообмена помещения через проем. Зависимость величины перепада между внутренним и внешним давлениями от координаты, отсчитываемой по вертикали от пола, высоты расположения ПРД и среднеобъемной плотности газовой среды в помещении. Формулы для расчета скорости движения уходящих газов и поступающего воздуха в разных точках проема.

Зависимости массовых расходов уходящих газов и поступающего воздуха для вертикального прямоугольного проема при различных режимах газообмена от геометрических характеристик этого проема и среднеобъемных параметров состояния газовой среды в помещении (плотности и давления).

Влияние вязкости газов на их движение в проеме. Коэффициент расхода (сопротивления) проема. Газообмен через круглые вертикальные проемы. Газообмен через горизонтальные проемы. Влияние ветра на газообмен помещения с окружающей атмосферой. Распределение гидростатических давлений по вертикали снаружи здания на наветренной и подветренной его сторонах.

Формулы для расчета массовых расходов газа через прямоугольный проем с учетом влияния ветра. Влияние неоднородности температурного поля в помещении на распределение гидростатических давлений внутри помещения и на газообмен через проемы.

Радиационно-конвективный процесс теплопереноса в газообразной среде при пожаре в помещении. Теплоотдача горизонтальных стержневых конструкций, омываемых пламенем. Тепловое взаимодействие перекрытий с восходящим потоком газов от очага горения. Теплоотдача вертикальных поверхностей ограждений помещения при различных стадиях пожара. Процессы нагревания строительных конструкций при пожаре и математическое описание этих процессов. Сопряженная математическая постановка задачи о нагревании строительных конструкций при пожаре. Эмпирические формулы для расчета средних коэффициентов теплоотдачи на вертикальных и горизонтальных поверхностях ограждений. Эмпирические формулы для расчета интегрального теплового потока в ограждениях. Лучистый тепловой поток через проемы.

Общие сведения о процессах горения. Горючие вещества и их характеристики. Особенности горения твердых, жидких и газообразных веществ.

Гомогенное и гетерогенное горение. Классификация видов горения в зависимости от скорости распространения пламени по горючей смеси – дефляграционное, взрывное и детонационное горение. Турбулентное диффузионное горение газовых струй, жидких и твердых материалов. Пламя и его характеристики. Скорость выгорания горючих материалов. Скорость тепловыделения в пламенной зоне. Коэффициент полноты горения.

Горючая нагрузка в помещении и ее характеристики. Линейная скорость распространения пламени по поверхности горючей нагрузки. Расчет площади пожара при различных видах пожарной нагрузки. Удельная массовая скорость выгорания твердых и жидких горючих материалов. Тепловая мощность очага пожара в помещении. Влияние газообмена на процесс горения материалов в помещении. Режимы пожаров в помещении в зависимости от количества поступающего через проем воздуха. Зависимость мощности тепловыделения при пожаре от концентрации кислорода в помещении. Влияние процессов образования слоя золы и угля на массовую скорость выгорания пожарной нагрузки. Скорости потребления кислорода, образования токсичных продуктов горения и дымовыделения.

Тема 4. Математическая постановка задачи о динамике Понятие о начальной стадии пожара с позиции задачи о безопасности эвакуации людей. Особенность газообмена помещения с окружающей атмосферой в начальной стадии пожара. Система дифференциальных уравнений интегральной модели пожара с учетом этой особенности газообмена. Среднее значение коэффициента теплопотерь, характеризующего теплопоглощение ограждениями. Преобразование системы дифференциальных уравнений пожара с учетом понятия о среднем коэффициенте теплопотерь. Аналитическое решение задачи о динамике опасных факторов пожара при круговом и линейном распространении пламени по поверхности твердой горючей нагрузки, а также при горении жидкостей. Формулы для расчета среднего значения коэффициента теплопотерь при определении критических среднеобъемных значений температуры, концентраций токсических газов, дефицита кислорода и оптической плотности дыма. Взаимосвязь между критическими среднеобъемными значениями опасных факторов пожара с предельно допустимыми их значениями в зоне пребывания людей. Формулы для расчета критической продолжительности пожара по условию достижения каждым опасным фактором своего предельно допустимого значения в рабочей зоне.

Влияние размеров проемов на динамику опасных факторов пожара.

Критерий проемности. Зависимость критической продолжительности пожара от критерия проемности.

Обобщенные дифференциальные уравнения пожара. Подобие и моделирование начальной стадии пожара.

Тема 5. Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода Модификация базовой математической модели для учета влияния объемного газового тушения. Дополнительное уравнение баланса. Влияние концентрации огнетушащего вещества на скорость выгорания. Модификация алгоритма численного решения задачи.

Модификация базовой математической модели для учета тушения распыленной водой. Дополнительная система уравнений и начальных условий для описания испарения капель, охлаждения конструкций и скорости выгорания материала. Алгоритм численной реализации модели.

Раздел 2. Зонная математическая модель пожара в помещении Тема 6. Основные положения зонного моделирования пожаров Область практического применения зонных моделей пожаров. Особенности распределения локальных параметров состояния газовой среды внутри помещения в начальной стадии пожара и при локальных пожарах. Разделение пространства внутри пожара на зоны. Характерные зоны в начальной стадии пожара – пламенная зона, конвективная колонка над очагом горения, припотолочный слой нагретых газов и зона холодного воздуха. Условные границы между зонами и среднеобъемные параметры среды в этих зонах.

Взаимодействие между зонами и изменение их размеров с течением времени.

Интегральный метод описания изменения состояния среды в каждой зоне.

Определение потоков массы и энергии из конвективной колонки в припотолочный слой на основе теории свободной турбулентной конвективной струи. Модификация теории свободной конвективной струи от точечного источника для очагов горения конечных размеров. Теплообмен припотолочной зоны с ограждениями. Среднее значение коэффициента теплопотерь, характеризующего теплообмен припотолочной зоны с ограждениями. Скорость поступления токсичных газов и оптического количества дыма в припотолочный слой. Газообмен припотолочного слоя с внешней атмосферой через проемы. Работа расширения припотолочной зоны.

Дифференциальные уравнения материального баланса газовой среды и ее компонентов, баланса оптического количества дыма и энергии для припотолочной зоны при отсутствии газообмена с внешней атмосферой. Дифференциальные уравнения движения нижней границы припотолочной зоны.

Начальные условия.

Математическая постановка задачи о динамике опасных факторов пожара в припотолочной зоне и ее аналитическое решение при постоянных значениях размеров и тепловой мощности очага горения.

Тема 7. Численная реализация зонной математической модели Математическая постановка задачи при газообмене припотолочного слоя с внешней средой и изменяющимся со временем очагом пожара. Сложность численной реализации полной зонной математической модели. Алгоритм численного решения задачи на ПЭВМ. Структура программы и ее запуск. Действия при возникновении ошибок.

Раздел 3. Дифференциальная (полевая) математическая Тема 8. Основы дифференциального метода прогнозирования ОФП Сущность метода, его информативность и область практического использования. Современное состояние вопроса.

Базовая система дифференциальных уравнений в частных производных для описания турбулентного нестационарного движения и процессов теплои массопереноса в многокомпонентной газовой смеси с учетом химических реакций и образования дымового аэрозоля. Турбулентная вязкость, теплопроводность и диффузия. Алгебраическая модель турбулентности. К- модель турбулентности. Граничные условия для параметров турбулентности на ограждениях. Моделирование процессов горения. Одноступенчатая необратимая брутто-реакция между горючим и окислителем. Двухступенчатая реакция и образование сажи. Математическая модель образования, коагуляции и переноса дымового аэрозоля. Поглощение, рассеивание и ослабление света в аэрозоле. Радиационный теплоперенос в непрозрачной среде. Уравнение переноса теплового излучения, методы решения задачи о переносе теплового излучения – потоковый, диффузионный, дискретный и статистический (Монте-Карло). Граничные и начальные условия на ограждающих поверхностях и на поверхности горючего. Условия в сечениях проемов и в прилегающей к ним внешней области пространства. Классификация дифференциальных моделей пожара.

Тема 9. Численная реализация дифференциальной Конечно-разностная аппроксимация определяющих дифференциальных уравнений. Расчетные сетки для скалярных величин и проекций скорости. Аппроксимация по времени. Расчет поля давлений. Структура алгоритма решения. Тестирование и апробация математической модели и ее численной реализации. Описание программы численной реализации модели и ее запуск.

Задание исходных данных. Анализ результатов расчета.

Интегральная математиче- ская модель пожара в помещении дель пожара в помещении Дифференциальная (поле- вая) математическая модель пожара в помещении Интегральная математическая модель пожара в помещении Зонная математическая модель пожара в помещении Дифференциальная (полевая) математическая модель пожара в помещении Тематическое содержание дисциплины Тема 1 Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях.

Тема 3 Газообмен помещений и теплофизические функции, Занятие 5 Расчет массовых расходов воздуха и нагретого газа при ПЗ Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Исследование материального и энергетического баланЗанятие деления фактических пределов огнестойкости Занятие 11 Исследование естественного газообмена при пожаре ЛР Тема 4 Математическая постановка задачи о динамике ОФП в Расчет критической продолжительности пожара Тема 5 Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода.

Исследование динамики опасных факторов пожара при Основные положения зонного моделирования пожаров.

Тема 7 Численная реализация зонной математической модели.

Исследование температурного режима в верхней зоне Занятие Исследование динамики движения границы задымленЗанятие Расчет параметров припотолочного слоя нагретого газа 8 Основы дифференциального метода прогнозирования Численная реализация дифференциальной математичеТема Влияние расположения горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара и газообмен помещения Тематическое содержание дисциплины Тема 1 Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях.

Тема 2 Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении.

Тема 3 Газообмен помещений и теплофизические функции, Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Тема 4 Математическая постановка задачи о динамике ОФП в Тема 5 Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода.

Тема 6 Основные положения зонного моделирования пожаров.

Тема 7 Численная реализация зонной математической модели.

8 Основы дифференциального метода прогнозирования Численная реализация дифференциальной математичеТема Тематическое содержание дисциплины Тема 1 Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях.

Тема 2 Основные понятия и уравнения интегральной матемаЗанятие 1 тической модели пожара в помещении. Л Тема 3 Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара.

Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Определение температурного режима в помещении при Расчет массовых расходов воздуха и нагретого газа при Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Исследование материального и энергетического баланЗанятие деления фактических пределов огнестойкости Исследование естественного газообмена при пожаре Тема 4 Математическая постановка задачи о динамике ОФП в Расчет критической продолжительности пожара Тема 5 Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода.

Исследование динамики опасных факторов пожара при Основные положения зонного моделирования пожаров.

Тема 7 Численная реализация зонной математической модели.

Исследование температурного режима в верхней зоне Занятие Исследование динамики движения границы задымленЗанятие Расчет параметров припотолочного слоя нагретого газа 8 Основы дифференциального метода прогнозирования Численная реализация дифференциальной математичеТема Влияние расположения горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара и газообмен помещения Тематическое содержание дисциплины Тема 1 Исходные понятия и общие сведения о методах прогнозирования ОФП в помещениях.

Тема 2 Основные понятия и уравнения интегральной математической модели пожара в помещении.

Тема 3 Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара.

Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Тема 4 Математическая постановка задачи о динамике ОФП в Тема 5 Прогнозирование ОФП при тушении пожара с использованием интегрального метода.

Тема 6 Основные положения зонного моделирования пожаров.

Тема 7 Численная реализация зонной математической модели.

8 Основы дифференциального метода прогнозирования Численная реализация дифференциальной математичеТема Тема № 1 «Исходные понятия и общие сведения о методах Кошмаров Ю.А. «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении» Учебное пособие –М.: Академия ГПС МВД России 2000. 118 с.

С.В. Пузач Математическое моделирование газодинамики и тепломассообмена при решении задач пожаровзрывобезопасности. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.

3. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С., и др. Лабораторный практикум по курсу «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях» -М.: МИПБ МВД РФ, 1997. 68с.

Введение 1. Опасные факторы пожара.

2. Критические значения опасных факторов пожара.

3. Роль прогноза динамики опасных факторов пожара.

4. Методы прогнозирования опасных факторов пожара.

5. Исторические аспекты прогнозирования опасных факторов пожара.

1 учебный вопрос. Опасные факторы пожара.

Согласно ФЗ - 123 ОФП воздействующие на людей и материальные ценности являются:

-тепловой поток;

- повышенная температура окружающей среды;

- токсичность продуктов горения и термического разложения;

- снижение видимости в дыму;

- понижение концентрации кислорода.

Каждый ОФП в количественном отношении представлен одной или несколькими величинами.

-, кг/с – скорость выгорания;

- QПОЖ., Вт – мощность тепловыделения;

- ·Li, кг/с – кол – во генерируемых за единицу времени в пламенной зоне токсических газов, где Li - кол – во i-го токсичного газа, образующегося при сгорании единицы массы Г.М.;

- ·L1, кг/с кол – во кислорода потребляемого в зоне горения, где L1 – кол – во кислорода необходимое для сгорания (окисления) ед. массы Г.М.;

рения, где D – дымообразующая способность Г.М., Нп·м2/кг.

Повышенная температура среды, заполняющей помещение, является параметром состояния. Обозначается (Т), К или С.

Токсичные продукты горения.

Этот фактор количества характеризуется парциальной плотностью (или концентрацией) каждого токсичного газа.

Этот фактор представлен оптической концентрацией дыма, обозначают, Непер/м или называют натуральным показателем ослабления.

Понижение концентрации кислорода в помещении характеризуется значением парциальной плотности кислорода i или отношением е к плотности газовой среды в помещении.

Совокупность этих зависимостей составляет суть динамики ОФП.

2 учебный вопрос. Критические значения опасных факторов пожара.

ПДЗ ОФП

Т = 400-450 С разрушение ЖБК.

Т = 300-350 С разрушение остекления.

3 учебный вопрос. Роль прогноза динамики опасных факторов пожара.

В современных условиях разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики опасных факторов пожара (ОФП).

Прогнозирование ОФП необходимо:

при разработке рекомендаций по обеспечению безопасной эвакуации людей при пожаре;

при создании и совершенствовании систем сигнализации и автоматических систем пожаротушения;

при разработке оперативных планов тушения (планировании действий боевых подразделений на пожаре);

при оценке фактических пределов огнестойкости;

для многих других целей.

4 учебный вопрос. Методы прогнозирования опасных факторов пожара.

Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара. Математические модели пожара в помещении условно делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные).

Интегральная модель пожара позволяет получить информацию, т.е. сделать прогноз, о средних значениях параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара. При этом для того, чтобы сопоставлять (соотносить) средние (т. е. среднеобъемные) параметры среды с их предельными значениями в рабочей зоне, используются формулы, полученные на основе экспериментальных исследований пространственного распределения температур, концентраций продуктов горения, оптической плотности дыма и т. д.

Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. В качестве характерных пространственных зон можно выделить, например, в начальной стадии пожара припотолочную область пространства, область восходящего над очагом горения потока нагретых газов и область незадымленной холодной части пространства.

Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.

5 учебный вопрос. Исторические аспекты прогнозирования опасных факторов пожара.

Интегральная модель пожара как в своей основе, так и в деталях была разработана в середине 70-х гг. и опубликована в 1976 г. автором этой книги (труды ВНИИПО, научные отчеты ВИПТШ). Спустя год после этой публикации была напечатана статья на эту тему японским исследователем Т. Танака (Takeyoshi Tanaka "A Mathematical model of a compartment fire un modele mathematique de l'incendie d'une piece"). Статья Т. Танака повторяла опубликованное проф. Ю.А. Кошмаровым, содержала ряд погрешностей и носила незавершенный характер.

Существенное развитие и дополнение получила интегральная математическая модель пожара в работах учеников проф. Ю.А. Кошмарова -А.В. Матюшина, СИ. Зернова, В.М. Астапенко, Ю.С. Зотова, А.Н. Шевлякова, И.Д.

Гуско, В.А. Козлова и др. В частности, интегральная модель пожара была дополнена дифференциальным уравнением, описывающим изменение оптической концентрации дыма в помещении при пожаре (Зотов Ю.С, 1988).

Первая зонная модель пожара была предложена в диссертации польского инженера Е. Воланина, выполненной под руководством проф. Ю.А. Кошмарова (Воланин Е., 1982). В последующие годы зонные модели получили существенное развитие в работах Е. Воланина и В.Н. Тимошенко и др.

Полевая модель пожара впервые в законченном виде (для ограниченных условий) была реализована в диссертации A.M. Рыжова, выполненной в 1982-1985 гг. под руководством проф. Ю.А. Кошмарова. Эта модель разрабатывалась в последующие годы И.Ф. Астаховой и рядом иностранных исследователей. Существенный вклад в развитие метода прогнозирования параметров пожара на основе полевой модели внес также за последние годы A.M.

Рыжов, продолживший работу, начатую еще в кандидатской диссертации, а также проф. В. Л. Страхов и С. В. Пузач.

Тема № 2 «Интегральная математическая модель Кошмаров Ю.А., «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении» Учебное пособие –М.: Академия ГПС МВД России 2000. 118 с.

Пузач С.В. Математическое моделирование газодинамики и тепломассообмена при решении задач пожаровзрывобезопасности. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.

3. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С., и др. Лабораторный практикум по курсу «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях» -М.: МИПБ МВД РФ, 1997. – 68с.

1. Исходные положения и основные понятия интегрального метода описания пожара.

2. Дифференциальные уравнения пожара.

1-й учебный вопрос. Исходные положения и основные понятия интегрального метода описания пожара.

Интегральная математическая модель пожара описывает в самом общем виде процесс изменения состояния газовой среды в помещении с течением времени.

Локальные значения основных термодинамических параметров состояния (плотность, давление, температура) связаны между собой уравнением Клапейрона, т.е.

где p - локальное давление, H м ; - локальная плотность, кг м-3; T - локальная температура, К; R - газовая постоянная, Дж кг-1 К-1.

Среднеобъемная плотность газовой среды в помещении представляет собой отношение массы газа, заполняющего помещение, к объему помещения, т.е.

где M - масса газа, заполняющего помещение, кг; V - свободный объем помещения, м3.

Среднеобъемная (удельная) внутренняя энергия представляет собой отношение внутренней тепловой энергии всего газа, заполняющего помещение, к объему помещения, т.е.

где U - внутренняя энергия всей газовой среды, заполняющей помещение, Дж.

Этот комплекс представляет собой параметр состояния рассматриваемой термодинамической системы, который называется среднемассовой температурой газовой среды, т.е.

Среднеоптическая плотность (концентрация) дыма представляет собой отношение оптического количества дыма, находящегося в помещении, к объему помещения, т.е.

где S - оптическое количество дыма, Нп м2; m - среднеобъемная оптическая плотность дыма, Нп м-1. Здесь сокращением "Нп" обозначено слово "Непер".

Оптическая плотность дыма и дальность видимости связанных между собой следующим приближенным соотношением где lвид - дальность видимости, м.

2-й учебный вопрос. Дифференциальные уравнения пожара.

Уравнения пожара описывают в самом общем виде изменение среднеобъемных параметров состояния газовой среды в помещении с течением времени (в процессе развития пожара).

Уравнение баланса газовой среды:

Уравнение баланса массы кислорода:

Уравнение баланса токсичного продукта горения:

Уравнение баланса оптического количества дыма:

Уравнение энергии пожара Начальные значения для этих функций задаются условиями, которые имеют место в помещении перед началом пожара, т.е.

Тема № 3 «Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара»

Кошмаров Ю.А. «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении» Учебное пособие –М.: Академия ГПС МВД России 2000. 118 с.

С.В. Пузач Математическое моделирование газодинамики и тепломассообмена при решении задач пожаровзрывобезопасности. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.

3. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С., и др. Лабораторный практикум по курсу «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях» -М.: МИПБ МВД РФ, 1997. 68с.

Введение 1. Дополнительные уравнения для расчета расходов уходящих газов и поступающего воздуха через проемы.

2. Дополнительные уравнения для расчета суммарного теплового потока в ограждения.

3. Методы расчета скорости выгорания горючих материалов и скорости тепловыделения.

1 учебный вопрос. Дополнительные уравнения для расчета расходов уходящих газов и поступающего воздуха через проемы.

При пожаре происходит газообмен помещения с окружающей средой через проемы различного назначения (окна, двери, технологические отверстия и т.д.).

Побудителем движения газа через проемы является перепад давлений, т.е. разность между давлением внутри помещения и давлением в окружающей атмосфере. Перепад давлений обусловлен тем, что при пожаре плотность газовой среды внутри помещения существенно отличается от плотности наружного воздуха. Кроме того, необходимо учитывать влияние ветра на величину этого перепада.

Вывод формулы, отражающей распределение давлений по высоте снаружи и внутри помещения.

OY - координатная ось с началом отсчета на поверхности пола;

2h - высота помещения, м; y - координата, отсчитываемая от плоскости пола, м; dy - расстояние между двумя параллельными близко расположенными горизонтальными плоскостями, м;

y н - координата нижнего края проема, м; yв - координата верхнего края проема, м; m - среднеобъемная плотность среды внутри помещения, кг м-3; a - плотность наружного воздуха, кг м-3;

pa - наружное давление в окружающей атмосфере на высоте, Плоскость равных давлений и режимы работы проема Рис. 2. Схема помещения с тремя проемами, расположенными в трех уровнях, и эпюра давлений. Обозначения:

y* - координата ПРД; pm, m, Tm - среднеобъемные параметры состояния газовой среды в помещении в фиксированный момент процесса развития пожара; сплошная линия на эпюре - распределение наружных давлений pНАР по координате y ; пунктирная линия распределение давлений внутри помещения pвн по координате y.

Стрелками, расположенными в проемах, показано направление Формулы для расчета расходов газа, выбрасываемого через прямоугольный проем 2 учебный вопрос. Дополнительные уравнения для расчета суммарного теплового потока в ограждения.

Приближенная оценка величины теплового потока в ограждения

QW QПОЖ

QW QСТЕН QПОТОЛ QПОЛ

Эмпирические методы расчета теплового потока в ограждения Полуэмпирические методы расчета теплового потока в ограждения - для вертикальных поверхностей высотой H :

- для горизонтальных поверхностей (потолок, пол):

3 учебный вопрос. Методы расчета скорости выгорания горючих материалов и скорости тепловыделения.

Скорость выгорания при ПРН вычисляется по формуле следующего вида где уд - удельная скорость выгорания на открытом воздухе, кг/(с м2); Fг площадь горения, м2.

Такой режим, когда горение регулируется скоростью, с которой в помещение может поступать воздух, называют пожаром регулируемым вентиляцией (ПРВ). При таком режиме скорость выгорания считают по формуле:

Общая формула по расчету скорости выгорания горючих материалов Тема № 4 «Математическая постановка задачи о динамике ОФП Кошмаров Ю.А., «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении» Учебное пособие –М.: Академия ГПС МВД России 2000. 118 с.

С.В. Пузач Математическое моделирование газодинамики и тепломассообмена при решении задач пожаровзрывобезопасности. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.

3. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С., и др. Лабораторный практикум по курсу «Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях» -М.: МИПБ МВД РФ, 1997. 68с.

Введение 1. Интегральная математическая модель начальной стадии пожара.

2. Расчет критической продолжительности пожара.

3. Распределение локальных параметров состояния по объему помещения.

4. Расчет коэффициента теплопотерь.

1 учебный вопрос. Интегральная математическая модель начальной стадии пожара.

Особенности начальной стадии пожара Величины, D, R в начальной стадии пожара остаются неизменными.

Уравнения пожара для начальной стадии пожара в помещениях с малой проемностью можно существенно упростить. Они принимают следующий вид:

QПОЖ QПОЖ

2 учебный вопрос. Расчет критической продолжительности пожара.

Критическая продолжительность пожара есть время достижения предельно допущенных для человека значений ОФП в зоне пребывания людей.

3 учебный вопрос. Распределение локальных параметров состояния по объему помещения.

Формула М.П. Башкирцева для расчета критического значения средней температуры где Tпред 273 70 - предельно-допустимая для людей температура в рабочей зоне, К; y 0 - половина высоты помещения, м; x 0 - половина расстояния от очага горения до места выхода из помещения, м; y - координата, отсчитываемая по вертикали от поверхности пола, м; x - координата, отсчитываемая по горизонтали от очага горения, м; Tкр - критическое значение средней температуры в помещении, К.

Формула Т.Г. Меркушкиной, Ю.С. Зотова, В.Н. Тимошенко для расчета критических значений всех средних параметров состояния газовой среды:

где Фкр - критическое значение среднего параметра состояния; Фпред - предельно-допустимое значение ОФП в рабочей зоне; Ф0 - начальное значение ОФП; y - координата рабочей зоны, отсчитываемая от поверхности пола.

4 учебный вопрос. Расчет коэффициента теплопотерь.

Коэффициент теплопотерь представляет собой отношение суммарного теплового потока в ограждения Qw к скорости тепловыделения в очаге горения Qпож, т.е.

Тема № 6 «Основные положения зонного моделирования пожаров»

1. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении.

Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000. – 118 с.

2. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности.

- М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 336 с.

3. Пузач С.В., Казеннов В.М., Горностаев Р.П., Вараксин А.Ю. Определение времени эвакуации людей и огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара. Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2006.

4. ФЗ №123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2008. – 156 с.

5. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. Приложение к приказу МЧС России от 30.06.2009 № 382.

Введение.

Необходимость применения зонной модели для решения практических и научных задач пожарной безопасности.

Расчет пожарного риска.

1 учебный вопрос: Основные положения зонного подхода к моделированию динамики ОФП.

Основные допущения и упрощения реальной термогазодинамической картины пожара.

Схема расчета тепломассообмена при пожаре в помещении.

2 учебный вопрос: Структура зонной модели.

тивной колонки 3 учебный вопрос: Зона конвективной колонки.

Массовый расход по высоте колонки:

где Qпож = Qнр = удQнрFг; Qпож – скорость тепловыделения, Вт;

Qнр – низшая рабочая теплота сгорания, Дж/кг; уд – удельная скорость выгорания, кг/(м·с); – полнота сгорания; g – ускорение свободного падения, м/с; То и о – температура и плотность холодного (окружающего) воздуха, К, кг/м3; G – расход газов через поперечное сечение струи, отстоящее по высоте от поверхности горения на расстояние z, кг/с; ср – изобарная теплоемкость газа, Дж/(кг·К); 1 = Q I/Qпож – коэффициент теплопотерь в конвективной колонке; Q I – суммарный тепловой поток, отводимый из конвективной колонки в ограждающие конструкции, Вт; z – координата сечения колонки, отсчитываемая от поверхности горения, м; zо – расстояние от фиктивного источника тепла до поверхности горения, м.

4 учебный вопрос: Зона нагретого задымленного припотолочного слоя.

Для расчета характеристик задымленного нагретого припотолочного слоя вводятся упрощения реальной термогазодинамической картины пожара.

Уравнение динамики опускания припотолочного газового слоя:

Уравнение материального баланса для токсичного газа:

где n – парциальная плотность токсичного газа; L – количество (масса) токсичного газа, образующегося при сгорании 1 кг горючего материала.

Уравнение закона сохранения массы:

где 2 – средняя плотность во второй зоне; Т2 – средняя температура во второй зоне, К; Gk – расход газовой смеси в поперечном сечении конвективной колонки на высоте zk, кг/с.

Заключение.

Значимость зонной модели для решения практических задач пожарной безопасности. Пути развития и совершенствования зонного подхода.

Тема № 8 «Основы дифференциального метода прогнозирования ОФП»

1. Пузач С.В. Полевая модель расчета тепломассообмена при пожаре. Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2004.

2. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении.

Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000. – 118 с.

3. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности.

- М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 336 с.

4. Пузач С.В., Казеннов В.М., Горностаев Р.П., Вараксин А.Ю. Определение времени эвакуации людей и огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара. Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2006.

5. ФЗ №123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2008. – 156 с.

6. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. Приложение к приказу МЧС России от 30.06.2009 № 382.

Введение.

Необходимость применения полевой модели для решения практических и научных задач пожарной безопасности.

Расчет пожарного риска.

1 учебный вопрос: Основные положения полевого подхода к моделированию динамики ОФП.

Основные допущения и упрощения реальной термогазодинамической картины пожара.

Схема расчета тепломассообмена при пожаре в помещении.

Основные возмущающие течение факторы, действие которых приводит к существенному отличию закономерностей тепломассообмена от хорошо изученных “стандартных” условий.

2 учебный вопрос: Основные уравнения полевой модели.

1. Уравнение неразрывности:

где – плотность; – время; x, y, z – координатные оси вдоль длины, ширины и высоты помещения соответственно; wx, wy, wz – проекции скорости на соответствующие оси;

2. Уравнения движения:

где – динамический коэффициент вязкости; т – коэффициент турбулентной вязкости; p – давление; o – плотность газовой среды за пределами нагретого слоя; g – ускорение свободного падения;

3. Уравнение энергии:

где T – температура; сp – удельная изобарная теплоемкость; – коэффициент теплопроводности; т – коэффициент турбулентной теплопроводности; р коэффициент радиационной теплопроводности; qv – интенсивность внутренних источников тепла (qv=qvк+qvр, где qvр – интенсивность внутреннего источника тепла за счет радиационного теплопереноса; qvк –источники тепла другой физической природы). В области протекания химических реакций горения газифицированной пожарной нагрузки qvк= рн/V, где – полнота сгорания; – скорость газификации горючего материала; Qрн – низшая раг бочая теплота сгорания; V – объем газовой среды, внутри которой находится источник (или сток) энергии.

3 учебный вопрос: Дополнительные соотношения полевой модели.

1. Модель газификации и горения горючего материала.

2. Модель прогрева ограждающих конструкций.

3. Модель газообмена через открытые проемы.

4. Модель радиационного теплообмена.

Заключение.

Значимость полевой модели для решения практических задач пожарной безопасности. Пути развития и совершенствования полевого подхода.

п/п Расчет массовых расходов воздуха и нагретого газа Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Расчет динамики опасных факторов пожара для определения фактических пределов огнестойкости Расчет критической продолжительности пожара Расчет параметров припотолочного слоя нагретого газа п/п Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции п/п Расчет массовых расходов воздуха и нагретого газа при Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции Расчет динамики опасных факторов пожара для определения фактических пределов огнестойкости Расчет критической продолжительности пожара Расчет параметров припотолочного слоя нагретого газа п/п Расчет тепловых потоков в ограждающие конструкции (занятия проводятся по подгруппам в лаборатории кафедры и в компьютерном классе) п/п Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Определение температурного режима в помещении при Исследование материального и энергетического баланса Влияние свойств горючей нагрузки на динамику опасных Исследование естественного газообмена при пожаре Влияние механической вентиляции на динамику опасных Исследование динамики опасных факторов пожара при Исследование температурного режима в верхней зоне помещения при локальном пожаре Исследование динамики движения границы задымленной Влияние расположения горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара и газообмен помещения Влияние конфигурации и расположения проема на динамику опасных факторов пожара п/п Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Исследование материального и энергетического баланса п/п Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Определение температурного режима в помещении при Исследование материального и энергетического баланса Влияние свойств горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара Исследование естественного газообмена при пожаре Влияние механической вентиляции на динамику опасных факторов пожара Исследование динамики опасных факторов пожара при Исследование температурного режима в верхней зоне Исследование динамики движения границы задымленной зоны при локальном пожаре Влияние расположения горючей нагрузки на динамику опасных факторов пожара и газообмен помещения Влияние конфигурации и расположения проема на динамику опасных факторов пожара п/п Определение параметров процесса развития пожара в помещении и теплопередачи к поверхностям охлаждения Исследование материального и энергетического баланса Примерный перечень вопросов к итоговому зачету 1. Опасные факторы пожара. Физические величины, характеризующие ОФП в количественном отношении; предельно допустимые значения ОФП.

2. Методы математического моделирования динамики ОФП, их особенности и области практического использования.

3. Интегральный метод описания состояния газовой среды при пожаре в помещении. Среднеобъемная плотность газовой среды и среднеобъемные парциальные плотности ее компонентов.

4. Среднеобъемная внутренняя энергия и среднеобъемное давление газовой среды в помещении.

5. Среднемассовая и среднеобъемная температуры среды в помещении.

6. Методика определения среднеобъемного давления, среднемассовой и среднеобъемной температур на основе инструментальных измерений.

7. Интегральное уравнение состояния газовой среды в помещении.

8. Дымообразование и параметры дыма, образованного твердыми частицами. Коагуляция и седиментация частиц дыма.

9. Оптическое количество дыма и среднеобъемная оптическая плотность дыма. Связь между оптической плотностью дыма и дальностью видимости. Экспериментальные методы измерения оптической плотности дыма.

10. Интегральный метод термодинамического анализа пожара. Среда в помещении как открытая термодинамическая система.

11. Вывод уравнений материального баланса среды и ее компонентов.

12. Вывод уравнений баланса оптического количества дыма и энергии.

Начальные условия и условия однозначности.

13. Классификация интегральных математических моделей пожара.

Математическая постановка задачи о прогнозировании ОФП на основе полной системы дифференциальных уравнений интегральной модели пожара.

Методы численного решения этой задачи.

14. Приведение уравнений, описывающих динамику ОФП, к безразмерному виду. Подобие и критерии подобия пожаров.

15. Причины, обуславливающие движение газа и газообмен помещения с внешней средой через проемы при пожаре. Распределение гидростатических давлений по вертикали внутри и снаружи помещения.

16. Плоскость равных давлений (ПРД). Зависимость расположения ПРД от среднеобъемных значений давления и плотности газовой среды в помещении.

17. Возможные режимы газообмена помещения через проем.

18. Формулы для расчета скорости движения уходящих газов и поступающего воздуха в разных точках проема.

19. Зависимости массовых расходов уходящих газов и поступающего воздуха для вертикального прямоугольного проема при различных режимах газообмена от геометрических характеристик этого проема и среднеобъемных параметров состояния газовой среды в помещении (плотности и давления).

20. Газообмен через круглые вертикальные проемы. Газообмен через горизонтальные проемы.

21. Формулы для расчета массовых расходов газа через прямоугольный проем с учетом влияния ветра.

22. Влияние неоднородности температурного поля в помещении на распределение гидростатических давлений внутри помещения и на газообмен через проемы.

23. Радиационно-конвективный процесс теплопереноса в газообразной среде при пожаре в помещении.

24. Теплоотдача горизонтальных стержневых конструкций, омываемых пламенем.

25. Тепловое взаимодействие перекрытий с восходящим потоком газов от очага горения.

26. Теплоотдача вертикальных поверхностей ограждений помещения при различных стадиях пожара.

27. Процессы нагревания строительных конструкций при пожаре и математическое описание этих процессов. Сопряженная математическая постановка задачи о нагревании строительных конструкций при пожаре.

28. Эмпирические формулы для расчета средних коэффициентов теплоотдачи на вертикальных и горизонтальных поверхностях ограждений.

29. Эмпирические формулы для расчета интегрального теплового потока в ограждениях.

30. Лучистый тепловой поток через проемы.

31. Горючие вещества и их характеристики. Особенности горения твердых, жидких и газообразных веществ.

32. Скорость выгорания горючих материалов. Скорость тепловыделения в пламенной зоне. Коэффициент полноты горения.

33. Горючая нагрузка в помещении и ее характеристики. Линейная скорость распространения пламени по поверхности горючей нагрузки. Расчет площади пожара при различных видах пожарной нагрузки.

34. Удельная массовая скорость выгорания твердых и жидких горючих материалов. Тепловая мощность очага пожара в помещении.

35. Влияние газообмена на процесс горения материалов в помещении.

Режимы пожаров в помещении в зависимости от количества поступающего через проем воздуха. Зависимость мощности тепловыделения при пожаре от концентрации кислорода в помещении.

36. Влияние процессов образования слоя золы и угля на массовую скорость выгорания пожарной нагрузки.

37. Скорости потребления кислорода, образования токсичных продуктов горения и дымовыделения.

38. Особенность газообмена помещения с окружающей атмосферой в начальной стадии пожара. Система дифференциальных уравнений интегральной модели пожара с учетом этой особенности газообмена.

39. Среднее значение коэффициента теплопотерь, характеризующего теплопоглощение ограждениями.

40. Аналитическое решение задачи о динамике опасных факторов пожара при круговом и линейном распространении пламени по поверхности твердой горючей нагрузки, а также при горении жидкостей.

41. Формулы для расчета среднего значения коэффициента теплопотерь при определении критических среднеобъемных значений температуры, концентраций токсических газов, дефицита кислорода и оптической плотности дыма.

42. Взаимосвязь между критическими среднеобъемными значениями опасных факторов пожара с предельно допустимыми их значениями в зоне пребывания людей.

43. Формулы для расчета критической продолжительности пожара по условию достижения каждым опасным фактором своего предельно допустимого значения в рабочей зоне.

44. Влияние размеров проемов на динамику опасных факторов пожара.

Критерий проемности. Зависимость критической продолжительности пожара от критерия проемности.

45.Обобщенные дифференциальные уравнения пожара. Подобие и моделирование начальной стадии пожара.

46. Модификация базовой математической модели для учета влияния объемного газового тушения. Дополнительное уравнение баланса.

47. Влияние концентрации огнетушащего вещества на скорость выгорания.

48. Модификация базовой математической модели для учета тушения распыленной водой. Дополнительная система уравнений и начальных условий для описания испарения капель, охлаждения конструкций и скорости выгорания материала. Алгоритм численной реализации модели.

49. Особенности распределения локальных параметров состояния газовой среды внутри помещения в начальной стадии пожара и при локальных пожарах.

50. Разделение пространства внутри пожара на зоны. Характерные зоны в начальной стадии пожара. воздуха.

51. Определение потоков массы и энергии из конвективной колонки в припотолочный слой на основе теории свободной турбулентной конвективной струи.

52. Теплообмен припотолочной зоны с ограждениями.

53. Дифференциальные уравнения материального баланса газовой среды и ее компонентов, баланса оптического количества дыма и энергии для припотолочной зоны при отсутствии газообмена с внешней атмосферой.

54. Дифференциальные уравнения движения нижней границы припотолочной зоны. Начальные условия.

55.Математическая постановка задачи о динамике опасных факторов пожара в припотолочной зоне и ее аналитическое решение при постоянных значениях размеров и тепловой мощности очага горения.

56. Математическая постановка задачи при газообмене припотолочного слоя с внешней средой и изменяющимся со временем очагом пожара.

57. Базовая система дифференциальных уравнений в частных производных для описания турбулентного нестационарного движения и процессов тепло- и массопереноса в многокомпонентной газовой смеси с учетом химических реакций и образования дымового аэрозоля.

58. Турбулентная вязкость, теплопроводность и диффузия. Алгебраическая модель турбулентности. К- модель турбулентности.

59. Моделирование процессов горения.

60. Математическая модель образования, коагуляции и переноса дымового аэрозоля.

61. Радиационный теплоперенос в непрозрачной среде. Уравнение переноса теплового излучения, методы решения задачи о переносе теплового излучения.

62. Классификация дифференциальных моделей пожара.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины 1. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МВД России, 2000.

2. Кошмаров Ю.А. Теплотехника: учебник для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига»,2006. - 501 с.:ил.

3. Пузач С.В., Казеннов В.М., Горностаев Р.П., Вараксин А.Ю. Определение времени эвакуации людей и огнестойкости строительных конструкций с учетом параметров реального пожара: Учебное пособие. –М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. 114 с.

1. Астапенко В.М., Кошмаров Ю.А. и др. Термогазодинамика пожаров в помещениях. - М., Стройиздат, 1988. - 418 с.

2. Драйздел Д. Введение в динамику пожара.-М.: Стройиздат, 1990. – 3. Кошмаров Ю.А., Рубцов В.В. Процессы нарастания опасных факторов пожара в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара. – М.: МИПБ МВД России, 1999. – 89 с.

4. Кошмаров Ю.А., Зотов Ю.С. и др. Лабораторный практикум по курсу “Прогнозирование опасных факторов пожара в помещениях”. - М., МИПБ МВД РФ, 1997.- 68 с.

5. Методические указания к выполнению курсовой работы по прогнозированию опасных факторов пожара в помещении. - М.: МИПБ МВД РФ, 1997. – 62 с.

6. Моделирование пожаров и взрывов. (Под ред. Брушлинского Н.Н. и Корольченко А.Я.) – М.: Из-во “Пожнаука”, 2000, 492 с.

7.2 Средства обеспечения освоения дисциплины При чтении лекций по всем темам дисциплины используются кодопозитивы и плакаты.

При проведении практических занятий используются учебные компьютерные программы, разработанные на кафедре.

Лабораторные работы проводятся в лаборатории теплофизики в составе подгрупп на специализированных лабораторных установках и в компьютерном классе Академии.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Сферический термометр для измерения температуры лучистого Лабораторные установки по прогнозированию опасных - Лабораторный стенд по определению параметров процесса развития пожара в помещении и теплоотдачи к поверхностям шт. ограждений.

- Лабораторный стенд по определению температурного режима в помещении при моделировании пожара.

Учебная компьютерная программа «INTMODEL».

Учебная компьютерная программа «ZONMODEL».

Учебная компьютерная программа «DIFMODEL».

Компьютерный класс, оснащенный персональными компьютерами.

9. Методические рекомендации по организации изучения 1. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении на основе интегральной математической модели.

2. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении на основе зонной математической модели.

3. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении на основе дифференциальной математической модели.

Методические рекомендации по изучению дисциплины Методические особенности преподавания курса «Прогнозирование опасных факторов пожара» при подготовке инженеров противопожарной службы заключаются в том, что в связи с вступлением в действие Федерального Закона ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» роль прогнозирования динамики опасных факторов пожара приобретает новое значение при решении практически всех задач пожарной безопасности.

Разработка экономически оптимальных и эффективных противопожарных мероприятий немыслима без научно обоснованного прогноза динамики ОФП - опасных факторов пожара.

Вопрос точности и надежности метода расчета динамики ОФП является ключевым в обеспечении безопасности людей.

Современные научные методы прогнозирования ОФП основываются на математическом моделировании, т.е. на математических моделях пожара.

Математическая модель пожара описывает в самом общем виде изменение параметров состояния среды в помещении в течение времени, а также изменение параметров состояния ограждающих конструкций этого помещения и различных элементов технологического оборудования.

Основные уравнения, из которых состоит математическая модель пожара, вытекают из фундаментальных законов природы - первого закона термодинамики, закона сохранения массы и закона сохранения импульса. Эти уравнения отражают и увязывают всю совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, присущих пожару, таких, как тепловыделение в результате горения, дымовыделение в пламенной зоне, изменение оптических свойств газовой среды, выделение и распространение токсичных газов, газообмен помещения с окружающей средой и со смежными помещениями, теплообмен и нагревание ограждающих конструкций, снижение концентрации кислорода в помещении.

Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара. Математические модели пожара в помещении условно делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные).

Интегральная модель пожара позволяет получить информацию, т.е.

сделать прогноз, о средних значениях параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара. При этом для того, чтобы сопоставлять (соотносить) средние (т. е. среднеобъемные) параметры среды с их предельными значениями в рабочей зоне, используются формулы, полученные на основе экспериментальных исследований пространственного распределения температур, концентраций продуктов горения, оптической плотности дыма и т. д.

Зонная модель позволяет получить информацию о размерах характерных пространственных зон, возникающих при пожаре в помещении, и средних параметров состояния среды в этих зонах. В качестве характерных пространственных зон можно выделить, например, в начальной стадии пожара припотолочную область пространства, область восходящего над очагом горения потока нагретых газов и область незадымленной холодной части пространства.

Полевая дифференциальная модель позволяет рассчитать для любого момента развития пожара значения всех локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения.

Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаимодействующих с нею конструкций на разных этапах (стадиях) пожара.

В этом отношении наиболее детальные сведения можно получить с помощью полевой модели.

В математическом отношении три вышеназванных вида моделей пожара характеризуются разным уровнем сложности.

Интегральная модель пожара в своей основе представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Искомыми функциями выступают среднеобъемные параметры состояния среды, независимым аргументом является время.

Основу зонной модели пожара в общем случае составляет совокупность нескольких систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Параметры состояния среды в каждой зоне являются искомыми функциями, а независимым аргументом является время т. Искомыми функциями являются также координаты, определяющие положение границ характерных зон.

Наиболее сложной в математическом отношении является полевая модель. Ее основу составляет система уравнений в частных производных, описывающих пространственно-временное распределение температур и скоростей газовой среды в помещении, концентраций компонентов этой среды (кислород, оксид и диоксид углерода и т.д.), давлений и плотностей. Эти уравнения включают реологический закон Стокса, закон теплопроводности Фурье, закон диффузии, закон радиационного переноса и т.п. В более общем случае к этой системе уравнений добавляется дифференциальное уравнение теплопроводности, описывающее процесс нагревания ограждающих конструкций. Искомыми функциями в этой модели являются плотность и температура среды, скорость движения газа, концентрации компонентов газовой среды, оптическая плотность дыма (натуральный показатель ослабления света в дисперсной среде) и т.д. Независимыми аргументами являются координаты х, у, z и время.

Следует подчеркнуть, что основные дифференциальные уравнения всех названных математических моделей пожара вытекают из неопровержимых фундаментальных законов природы. В связи с этим уместно указать, что основные дифференциальные уравнения интегральной модели пожара можно получить, например, из уравнений полевой (дифференциальной) модели путем интегрирования последних по объему помещения.

Следовательно, в принципе, результаты вычислений искомых функций, с которыми оперирует та или иная модель пожара, должны были бы иметь одинаковую степень достоверности. Однако адекватность результатов расчетов реальному пожару определяется не только системой основных (базовых) уравнений каждой модели пожара. Дело в том, что в каждой модели привлекаются дополнительные функциональные зависимости для вычисления тех или иных физических величин, содержащихся в математическом описании пожара. Например, в полевой модели могут привлекаться различные дополнительные уравнения для вычисления коэффициентов турбулентного переноса энергии, импульса и компонентов газовой среды. В интегральной и зонной моделях могут использоваться различные формулы для вычисления тепловых потоков в ограждающие конструкции. Поэтому при оценке достоверности результатов прогнозирования необходимо, прежде всего, учитывать уровень научных разработок вопросов, определяющих содержание дополнительных функциональных зависимостей.

Чтобы сделать научно обоснованный прогноз, обращаются к той или иной модели пожара. Выбор модели определяется целью (задачами) прогноза. Путем решения системы дифференциальных уравнений, которые составляют основу выбранной математической модели, устанавливают конкретный характер динамики ОФП.

Следует отметить, что даже при использовании интегральной модели пожара получить аналитическое решение присущей этой модели системы обыкновенных дифференциальных уравнений в общем случае невозможно.

В силу сказанного реализация вышеназванных методов прогнозирования возможна лишь путем численного решения системы дифференциальных уравнений, присущих выбранной модели пожара. Это численное решение можно выполнить только с помощью современных компьютеров (ЭВМ).

Именно поэтому разработка и реализация математических моделей пожара началась сравнительно недавно.