Previsão de OFP. Informações gerais sobre métodos para prever GP em ambientes fechados

Os modelos matemáticos do desenvolvimento de um incêndio em uma sala são descritos da maneira mais visão geral mudanças nos parâmetros ambientais, envolvendo estruturas e elementos de equipamentos ao longo do tempo. As equações e modelos matemáticos do fogo interno baseiam-se nas leis fundamentais da física: as leis da conservação da massa, da energia e do momento. Essas equações refletem todo o conjunto de processos inter-relacionados e interdependentes inerentes a um incêndio - liberação de calor como resultado da combustão, liberação de fumaça e mudanças nas propriedades ópticas do ambiente gasoso, liberação e distribuição de produtos de combustão tóxicos com o meio ambiente e com adjacente salas, troca de calor e aquecimento de estruturas de fechamento, etc. Método integral a modelagem baseia-se na modelagem de um incêndio em uma sala ao nível das características médias (parâmetros volumétricos médios que caracterizam as condições em um volume de espaço: temperatura, pressão, composição do gás , etc. para qualquer momento). Este é o modelo de fogo mais simples matematicamente. É representado por um sistema de equações diferenciais. As funções necessárias são os parâmetros volumétricos médios do ambiente de gás na sala, e a variável independente é o tempo. Existem também modelos diferenciais e de zona.

2. Previsão de riscos de incêndio em uma sala com base em um modelo matemático de zona.

Método de zona o cálculo da dinâmica do RPT é baseado nas leis fundamentais da natureza - as leis de conservação de massa, momento e energia. O ambiente gasoso das instalações é um sistema termodinâmico aberto que troca massa e energia com o ambiente através de aberturas abertas nas estruturas envolventes das instalações. O ambiente gasoso é multifásico, porque consiste em uma mistura de gases (oxigênio, nitrogênio, produtos de combustão e gaseificação de material combustível, gasoso agente extintor de incêndio) e partículas finas (sólidas ou líquidas) de fumaça e agentes extintores de incêndio. No modelo matemático de zona, o volume de gás da sala é dividido em zonas características, nas quais as equações correspondentes das leis de conservação são usadas para descrever a transferência de calor e massa. As dimensões e o número de zonas são selecionados de forma que dentro de cada uma delas a heterogeneidade de temperatura e outros campos de parâmetros do ambiente gasoso seja a mais mínima possível, ou com base em algumas outras suposições determinadas pelos objetivos do estudo e pela localização do material combustível. O mais comum é o modelo de três zonas, em que o volume da sala é dividido nas seguintes zonas: uma coluna convectiva acima do fogo, uma camada de teto de gás aquecido e uma zona de ar frio. Como resultado do cálculo usando o modelo de zona, são encontradas as dependências temporais dos seguintes parâmetros de transferência de calor e massa: valores volumétricos médios de temperatura, pressão, concentrações de massa de oxigênio, nitrogênio, gás extintor e produtos de combustão, bem como a densidade óptica da fumaça e a faixa de visibilidade na camada do teto aquecido e cheio de fumaça da sala; o limite inferior da camada do teto aquecido e cheio de fumaça; distribuição ao longo da altura da coluna de fluxo de massa, valores médios de temperatura na seção transversal da coluna e emissividade efetiva da mistura de gases; taxas de fluxo de massa de gases fluindo para fora e o fluxo de ar externo para dentro através de aberturas abertas; fluxos de calor descarregados no teto, paredes e piso, bem como emitidos pelas aberturas; temperaturas (campos de temperatura) de estruturas envolventes.

3. Previsão de fatores perigosos de incêndio em uma sala com base em um modelo matemático diferencial. O modelo matemático diferencial permite calcular, para qualquer momento de desenvolvimento do incêndio, os valores de todos os parâmetros do estado local em todos os pontos do espaço dentro da sala. O modelo diferencial para cálculo da transferência de calor e massa durante um incêndio consiste em um sistema de equações diferenciais básicas das leis de conservação do momento, da massa e da energia. As equações básicas do modelo matemático incluem: a equação de continuidade de uma mistura gasosa, que é uma expressão matemática da lei de conservação da massa de uma mistura gasosa, a equação de energia é uma expressão matemática da lei de conservação e transformação de energia , a equação de continuidade para um componente de uma mistura de gases, a equação de estado de uma mistura de gases ideais, as equações dos parâmetros termofísicos de uma mistura de gases levam em consideração composição química misturas. As relações adicionais do modelo matemático incluem: cálculo do processo de aquecimento de estruturas de edifícios (materiais de paredes, pisos, pisos e colunas), cálculo de transferência turbulenta de calor e massa, cálculo de transferência de calor e massa por radiação, cálculo de queima de um combustível carga, ou seja, determinação da massa restante de material combustível líquido ou sólido após sua combustão parcial, modelagem de combustão (a modelagem da área de combustão pode ser realizada usando fontes de energia, massa e fumaça sem levar em conta a cinética química e as condições termogás-dinâmicas na área de combustão ).

4.Cálculo da duração crítica de um incêndio com base num modelo matemático integral. A duração crítica de um incêndio é o tempo que leva para atingir os valores máximos permitidos de permeabilidade física para humanos na área onde as pessoas estão presentes. Fórmula de cálculo do redutor com base na temperatura: , onde Tcr é a temperatura máxima permitida na área de trabalho. Para calcular a caixa de engrenagens com base na condição de que a concentração de oxigênio na área de trabalho atinja seu valor máximo permitido: . Para calcular o ponto de verificação com base na condição de que a concentração de gás tóxico na área de trabalho atinja seu valor máximo permitido: .Para calcular o ponto de verificação para perda de visibilidade: .Estas fórmulas só podem ser utilizadas em salas com pequenas aberturas abertas.

Na fase inicial de um incêndio, é observado um regime específico de troca gasosa. As peculiaridades deste modo são que o processo de troca gasosa ocorre em uma direção através de todas as aberturas e fissuras existentes. O fluxo de ar para a sala vem de ambiente durante este período de desenvolvimento do fogo não há fogo algum. Só depois de algum tempo, quando a temperatura média da sala atingir um determinado valor. O processo de troca gasosa torna-se bidirecional, ou seja, Os gases aquecidos saem da sala por algumas aberturas, enquanto o ar fresco entra por outras. A duração da fase inicial do incêndio, durante a qual se observam trocas gasosas “unidirecionais”, depende do tamanho das aberturas.

Desde que não haja fornecimento de ar externo nas equações diferenciais de incêndio, podemos descartar termos contendo fluxo de ar ( GB = 0.).

Além disso, consideraremos salas despressurizadas nas quais a pressão média do ambiente permanece praticamente constante, igual à pressão do ar externo, de modo que com suficiente precisão possamos assumir que:

Onde R 0 , T 0– densidade e temperatura do ambiente antes do início do incêndio; R m, Tm– respectivamente, os valores médios de densidade e temperatura do meio no momento considerado; Rm– pressão média na sala.

O intervalo de tempo durante o qual a troca gasosa unidirecional é observada é relativamente curto. A temperatura média e a concentração de oxigênio na sala mudam ligeiramente durante esse período de tempo. Por esta razão, pode-se aceitar que os valores h, D, R nesta fase do incêndio permanecem inalterados. Além disso, aceitamos que n 1 = n 2 = n 3 = m = 1 e V = const.

Tendo em conta o exposto, são tomadas as equações de incêndio para a sua fase inicial numa sala com pequena abertura próxima visualização:

; (2)

, (4)

, (5)

(6)

A seguir, mais uma suposição é feita:

com р = com рВ = const. (7)

Para obter uma solução analítica para essas equações, é utilizada a seguinte técnica. Como o processo de desenvolvimento do fogo é considerado durante um período de tempo relativamente curto, podemos assumir que a relação entre o fluxo de calor na cerca e a liberação de calor é um valor constante, igual ao seu valor médio neste intervalo:

(8)

Onde Q om = ψ ηQn;

τ * – hora de conclusão da fase inicial do incêndio;

φ – coeficiente de perda de calor.

A partir da equação do balanço de energia (3) você pode determinar a vazão dos gases expelidos da sala.

Levando em consideração as equações (3) e (8), a vazão dos gases expelidos em cada momento é determinada pela fórmula:

(9)

Portanto, para a fase inicial de um incêndio, levando em consideração a condição (1), a vazão dos gases expelidos é determinada pela fórmula:

(10)

Assim, as equações de incêndio para seu estágio inicial na sala terão a forma:

, (11)

, (12)

, (13)

. (14)

Essas equações são caso especial sistema básico (não simplificado) de equações de incêndio.

A dependência da densidade média do volume com o tempo pode ser descrita pela seguinte expressão:

, (15)

então o processo de aumento da temperatura ambiente média na sala é descrito pela fórmula:

, (16)

Onde

onde b Г – largura frontal da chama, m;

onde está o calor de combustão, J kg -1;

com p– capacidade calorífica do ambiente gasoso da sala, J∙kg -1 ·K -1 (1,01);

ρ 0 , T 0 – valor inicial de densidade (kg m -3) e temperatura (K), respectivamente;

V– volume livre da sala, m3;

A partir da equação diferencial (12), que descreve o processo de redução da densidade parcial de oxigênio em uma sala, encontramos a densidade parcial de oxigênio dependendo do tempo:

. (17)

Onde ρ 0 = 0,27kg m -3, ρ 01 / ρ 0 = 0,23.

Usando a equação diferencial (13), determinamos a densidade parcial média do gás tóxico dependendo do tempo usando a fórmula:

, (18)

Onde – densidade limite, kg m -3.

Finalmente, considere a equação diferencial (14), que descreve a mudança na densidade crítica da fumaça em uma sala. Separemos as variáveis desta equação e então, integrando levando em consideração a condição inicial, obtemos uma fórmula para determinação da concentração óptica da fumaça:

, (19)

Onde .

Significado μ * depende das propriedades do material combustível (CM). Por exemplo, para madeira quando queima ao ar livre μ * ≤ 5 Np m -1 .

A densidade óptica da fumaça está relacionada ao alcance de visibilidade pela seguinte relação:

Onde eu vejo– faixa de visibilidade, m.

3 ORDEM DE TRABALHO

1. Utilizando os princípios teóricos básicos, calcule de acordo com a versão dos dados iniciais (Tabela 3):

a) densidade parcial de oxigênio em função do tempo;

b) densidade parcial média do gás tóxico;

c) concentração óptica de fumaça;

d) densidade óptica da fumaça.

2. Insira os resultados intermediários e finais obtidos na tabela.

3. Prepare um relatório.

1) Breve informação teórica.

2) Dados iniciais.

3) Indicadores quantitativos dos cálculos efetuados.

4) Respostas a perguntas de segurança.

O trabalho é realizado em folhas A4, em texto impresso, em forma de nota explicativa contendo uma breve parte abstrata, os cálculos e gráficos necessários. O formato do trabalho deve corresponder requisitos gerais requisitos para a concepção do trabalho dos alunos na universidade.

Tabela 3 - Dados sobre opções de cálculo do estágio inicial de um incêndio

Opção nº.	Tamanho do quarto	t ah ah	Altura área de trabalho, h, m	Substância inflamável	Peso, kg	Formato da superfície de combustão (Tabela 4)	Período de desenvolvimento do fogo, min	Largura frontal da chama, m	Área de queima F,m 2
	20x10x5		1,7	gasolina		V
	15x15x6			acetona		V
	10x30x4		1,8	madeira		b
	20x20x4		2,1	polietileno		b
	40x10x3		1,8	borracha		b
	25x30x5		2,0	óleo de turbina		V
	30x10x5		1,8	linho		b
	20x20x6		2,5	combustível diesel		V
	40x10x5		2,2	algodão		UM
	30x8x4		1,9	algodão		UM
	20x10x4		2,3	gasolina		V
	20x20x3		1,8	tolueno		UM
	30x6x3		1,7	madeira		UM
	30x10x5		2,4	polietileno		UM
	20x10x6		2,0	borracha		UM
	25x10x4		1,8	óleo de turbina		V
	30x10x5		2,2	linho		UM
	15x15x4		2,0	combustível diesel		V
	30x10x4		2,3	espuma de poliestireno		UM
	30x20x5		2,0	algodão		UM
	30x30x4		1,8	gasolina		V
	40x10x4		2,0	tolueno		UM
	25x10x3		2,2	madeira		UM
	25x25x4		2,0	polietileno		b
	30x20x3		2,0	borracha		UM
	25x25x4		1,8	óleo de turbina		V
	40x10x5		2,4	linho		UM
	20x20x6		2,0	combustível diesel		V
	25x10x4		1,8	espuma de poliestireno		b
	30x20x6		2,2	algodão		UM

Tabela 4 – Formato da superfície de combustão

Tabela 5 - Taxa média de queima, menor poder calorífico, capacidade de formação de fumaça, consumo específico de gás e velocidade linear de propagação da chama de substâncias e materiais

Substâncias e materiais	Sim, taxa de queima de massa específica, x10–3, kg m–2 s–1	Menor valor calorífico, P, kJ kg –1	Capacidade de geração de fumaça, D m,m2kg –1	Consumo específico de gás, eu,kgkg –1	Velocidade linear de propagação da chama, J·10 2 , m/s
Gasolina	61,7			0,25	0,45
Acetona	59,6			0,26	0,44
Combustível diesel	42,0				0,4
Óleo de turbina				0,282	0,5
Tolueno					0,388
Madeira	39,3			1,15
Borracha	11,2				1,7-2
Espuma de PVC-9	2,8				0,37
Polietileno	10,3				0,32
Algodão	2,4			2,3	4,2
Linho	21,3		33,7	1,83

PERGUNTAS DE TESTE

1. Fases do fogo e suas características.

2. Processo de combustão e condições básicas.

3. Taxa de esgotamento em massa e do que depende.

4. Velocidade linear de propagação da combustão

5. Temperatura do fogo em cercas e espaços abertos

6. Há fumaça.

7. Desenvolvimento e períodos do fogo

LITERATURA

1. Koshmarov Yu.A. Previsão de riscos de incêndio em ambientes fechados. Tutorial. AGPS Ministério de Assuntos Internos da Federação Russa, M. - 2000.

2. Aplicação do método de campo de modelagem matemática de incêndios em instalações. Recomendações metódicas. FGU VNIIPO EMERCOM da Rússia, 2003.

3. Puzach S.V. Métodos de cálculo da transferência de calor e massa durante um incêndio em uma sala e sua aplicação na resolução de problemas práticos de segurança contra incêndio e explosão. Monografia. - M.: Academia do Corpo de Bombeiros do Estado do Ministério de Situações de Emergência da Rússia, 2005. - 336 p.

4. Puzach S.V., Smagin A.V., Lebedchenko O.S., Abakumov E.S. Novas ideias sobre o cálculo do tempo necessário para a evacuação de pessoas e a eficácia do uso de auto-resgatadores com filtro portátil durante a evacuação de incêndio. Monografia. - M.: Academia do Corpo de Bombeiros do Estado do Ministério de Situações de Emergência da Rússia, 2007. 222 p.

PALESTRA

na disciplina "Previsão de fatores perigosos de incêndio"

Tópico nº 3. “TROCA DE GÁS NA SALA E FUNÇÕES FÍSICAS TÉRMICAS NECESSÁRIAS PARA A DESCRIÇÃO

"FOGO FECHADO"

Esboço da palestra:

Aula 1.2. EQUAÇÕES ADICIONAIS DE UM MODELO MATEMÁTICO INTEGRAL DE INCÊNDIO PARA CÁLCULO DOS FLUXOS DE GASES DE ESCAPE E AR QUE ENTRA PELA ABERTURA

1.1. Introdução

1.2. Distribuição de pressão ao longo da altura da sala

1.3 Plano de pressões iguais e modos de operação da abertura

1.4. Distribuição das diferenças de pressão ao longo da altura da sala

1.5. Fórmulas para calcular a vazão do gás emitido através de uma abertura retangular

1.6. Fórmulas para calcular o fluxo de ar através de uma abertura retangular

1.7. A influência do vento nas trocas gasosas

Aula 3.4. EQUAÇÕES DE UM MODELO INTEGRAL DE INCÊNDIO PARA CÁLCULO DO FLUXO DE CALOR NA CERCA E DA TAXA DE QUEIMA DE MATERIAIS COMBUSTÍVEIS

2.1 Estimativa aproximada da quantidade de fluxo de calor nas cercas

2.2 Métodos empíricos para calcular o fluxo de calor em gabinetes

2.3 Métodos semi-empíricos para calcular o fluxo de calor em cercas

2.4 Métodos para calcular a taxa de queima de materiais combustíveis e taxa de liberação de calor

Objetivos da palestra:

1. Educacional

Ao ouvir o material, os ouvintes devem saber:

Equações integrais para cálculo dos parâmetros de troca gasosa

Equações do modelo integral para determinar os fluxos de calor para as estruturas da sala durante um incêndio

A influência das condições externas nas trocas de calor e gases durante um incêndio

Ser capaz de: prever a situação durante um incêndio, levando em consideração as trocas de calor e gases

2. Desenvolvimento: destacar o mais importante, independência e flexibilidade de pensamento, desenvolvimento do pensamento cognitivo.

Literatura

1. DM. Rozhkov Previsão de fatores perigosos de incêndio nas instalações. – Irkutsk 2007. P.89

2. Yu.A.Koshmarov, M.P. Bashkirtsev Termodinâmica e transferência de calor no combate a incêndios. VIPTSH Ministério de Assuntos Internos da URSS, M., 1987

3. Yu.A.Koshmarov Previsão de fatores perigosos de incêndio nas instalações. – Moscou 2000. P.118

4. Yu.A.Koshmarov, V.V. Rubtsov, Processos de crescimento de fatores perigosos de incêndio em instalações de produção e cálculo da duração crítica do incêndio. MIPB Ministério de Assuntos Internos da Rússia, M., 1999

EQUAÇÕES INTEGRAIS ADICIONAIS

MODELO MATEMÁTICO DE FOGO PARA CÁLCULO

CONSUMO CARO E DE ENTRADA DE GÁS

ATRAVÉS DE ABERTURAS DE AR

Introdução

Durante um incêndio, as trocas gasosas ocorrem entre a sala e o ambiente por meio de aberturas para diversas finalidades (janelas, portas, aberturas tecnológicas, etc.).

O estimulador do movimento do gás através das aberturas é a diferença de pressão, ou seja, a diferença entre a pressão dentro da sala e a pressão na atmosfera circundante. A diferença de pressão deve-se ao facto de, durante um incêndio, a densidade do ambiente gasoso no interior da divisão diferir significativamente da densidade do ar exterior. Além disso, é necessário levar em conta a influência do vento na magnitude desta diferença. O fato é que a pressão externa no lado de barlavento do edifício é maior do que a pressão externa no lado de sotavento. Consideremos as condições em que não há vento.

Modelo de fogo integral
Modelo de incêndio de zona

informações gerais sobre o cálculo de incêndios. Riscos de incêndio.

O cálculo de incêndio (previsão de fatores perigosos) é necessário para avaliar a oportunidade de evacuação e desenvolver medidas para melhorá-la, ao criar e melhorar sistemas de alarme, sistemas de alerta e extinção de incêndio, ao desenvolver planos de extinção de incêndio (planejando operações de combate de bombeiros no caso de incêndio), para avaliar os limites reais de resistência ao fogo, realizando exames técnicos de incêndio e outros fins.
O desenvolvimento de um incêndio em uma sala é geralmente dividido em três etapas:
- estágio inicial- desde o surgimento de uma fonte local de combustão não controlada até o completo envolvimento da sala em chamas; neste caso, a temperatura média do ambiente na sala não é alta, mas dentro e ao redor da zona de combustão a temperatura é tal que a taxa de liberação de calor é superior à taxa de remoção de calor da zona de combustão, o que faz com que o aceleração do próprio processo de combustão;
- estágio de pleno desenvolvimento do incêndio - todas as substâncias e materiais inflamáveis na sala queimam; a intensidade da liberação de calor dos objetos em chamas atinge o máximo, o que leva a um rápido aumento da temperatura ambiente para valores máximos;
- fase de extinção do incêndio - a intensidade do processo de combustão na sala diminui devido ao consumo da massa de materiais inflamáveis nela localizados ou à influência dos agentes extintores.
Contudo, em qualquer caso, como mostra a equação de um “incêndio padrão”, a temperatura na fonte do incêndio atinge 365°C após 1.125 minutos. Portanto, é óbvio que o tempo possível para a evacuação de pessoas das instalações não pode exceder a duração da fase inicial do incêndio.
Na fase inicial do desenvolvimento do fogo, os fatores perigosos para os seres humanos são: chama, alta temperatura, intensidade da radiação térmica, produtos tóxicos da combustão, fumaça, diminuição do teor de oxigênio no ar, pois quando atingem determinados níveis afetam seu organismo, principalmente com efeito sinérgico.
Pesquisas de cientistas nacionais e estrangeiros estabeleceram que a temperatura máxima tolerada brevemente por uma pessoa em uma atmosfera seca é de 149 0C em uma atmosfera úmida, uma queimadura de segundo grau foi causada pela exposição a uma temperatura de 55 0C por 20 s e 70 0C; quando exposto por 1 s; e a densidade dos fluxos de calor radiante de 3.500 W/m2 provoca queimaduras quase instantâneas no trato respiratório e em áreas abertas da pele; concentrações de substâncias tóxicas no ar levam a resultado fatal: monóxido de carbono (CO) a 1,0% em 2-3 minutos, dióxido de carbono (CO2) a 5% em 5 minutos, cianeto de hidrogénio (HCN) a 0,005% quase instantaneamente; em uma concentração de cloreto de hidrogênio (HCL) de 0,01-0,015%, a respiração para; quando a concentração de oxigênio no ar diminui de 23% para 16%, as funções motoras do corpo se deterioram e a coordenação muscular é prejudicada a tal ponto que o movimento independente das pessoas se torna impossível, e uma diminuição na concentração de oxigênio para 9% leva até a morte após 5 minutos.
A ação combinada de certos fatores potencializa seu efeito no corpo humano (efeito sinérgico). Assim, a toxicidade do monóxido de carbono aumenta na presença de fumaça, umidade, diminuição da concentração de oxigênio e aumento da temperatura. Um efeito sinérgico também é encontrado com a ação combinada do dióxido de nitrogênio e diminuição da concentração de oxigênio em temperaturas elevadas, bem como com a ação combinada do cianeto de hidrogênio e do monóxido de carbono.
A fumaça tem um efeito particular nas pessoas. A fumaça é uma mistura de partículas de carbono não queimadas com tamanhos variando de 0,05 a 5,0 mícrons. Gases tóxicos condensam-se nessas partículas. Portanto, a exposição humana ao fumo também parece ter um efeito sinérgico.
Na verdade, durante um incêndio, são libertadas significativamente mais toxinas, cujos efeitos foram bastante bem estudados (Tabelas 1 e 2). O nível máximo permitido de fatores perigosos (principais) de incêndio, cujo impacto não causa danos aos seres humanos (Tabela 3), é padronizado. Ao escapar das instalações, os riscos de incêndio, principalmente fumaça, espalham-se rapidamente pelas linhas de comunicação do edifício.

Fontes. 1-4, 6 - GOST 12.1.004-91; 5 - GOST 12.3.047-98; 7 - Koshmarov Yu. A. Previsão de fatores perigosos de incêndio interno: livro didático. mesada. - M.: Academia do Corpo de Bombeiros do Estado do Ministério de Assuntos Internos da Federação Russa, 2000.

Para prever riscos de incêndio, integral (previsão dos valores médios dos parâmetros do estado ambiental em uma sala para qualquer momento de desenvolvimento de incêndio), zonal (previsão dos tamanhos das zonas espaciais características que ocorrem durante um incêndio em uma sala e valores médios dos parâmetros do estado ambiental nessas zonas para qualquer momento de desenvolvimento do incêndio. Exemplos de zonas são a área do teto, o fluxo ascendente de gases aquecidos na fonte de combustão e a área da zona fria livre de fumaça) e campo. modelos (diferenciais) de incêndio (previsão da distribuição espaço-temporal das temperaturas e velocidades do meio gasoso na sala, concentrações dos componentes ambientais, pressões e densidades em qualquer ponto da sala).
Para realizar os cálculos é necessário analisar os seguintes dados:
- soluções de planejamento de espaço para a instalação;
- características termofísicas das estruturas e equipamentos de fechamento localizados no local;
- tipo, quantidade e localização dos materiais combustíveis;
- o número e a localização provável das pessoas no edifício;
- significado material e social do objeto;
- sistemas de detecção e extinção de incêndio, sistemas de proteção contra fumaça e proteção contra incêndio, sistemas de segurança humana.
Isso leva em consideração:
- a probabilidade de incêndio;
- possíveis dinâmicas de desenvolvimento do fogo;
- disponibilidade e características dos sistemas proteção contra incêndio(SPZP);
- probabilidade e possíveis consequências o impacto do fogo nas pessoas, na estrutura do edifício e bens materiais;
- conformidade da instalação e seu SPZ com os requisitos das normas de segurança contra incêndio.

A seguir, é necessário justificar o cenário de desenvolvimento do incêndio. A formulação de um cenário de desenvolvimento de incêndio inclui as seguintes etapas:
- seleção da localização da fonte inicial do fogo e dos padrões de seu desenvolvimento;
- especificar a área de cálculo (selecionar o sistema de instalações considerado no cálculo, determinar os elementos da estrutura interna das instalações consideradas no cálculo, especificar o estado das aberturas);
- definir parâmetros ambientais e valores iniciais dos parâmetros internos.

Modelo de fogo integral

O modelo matemático integral de incêndio descreve da forma mais geral o processo de mudança do estado do ambiente gasoso em uma sala ao longo do tempo.
Do ponto de vista da termodinâmica, o ambiente gasoso que preenche uma sala com aberturas (janelas, portas, etc.), como objeto de estudo, é um sistema termodinâmico aberto. As estruturas envolventes (piso, teto, paredes) e o ar externo (atmosfera) são o ambiente externo em relação a este sistema termodinâmico. Este sistema interage com o ambiente externo através da transferência de calor e massa. À medida que o incêndio se desenvolve, os gases aquecidos são expelidos da sala através de algumas aberturas, enquanto o ar frio entra por outras. A quantidade de substância, ou seja, A massa de gás no sistema termodinâmico em consideração muda com o tempo. A entrada de ar frio se deve ao trabalho de empurrão realizado pelo ambiente externo. O sistema termogasdinâmico, por sua vez, funciona empurrando gases aquecidos para a atmosfera externa. Este sistema termodinâmico também interage com a envolvente do edifício através da troca de calor. Além disso, uma substância entra neste sistema a partir da superfície do material em combustão (ou seja, da zona da chama) na forma de produtos gasosos de combustão.
O estado do sistema termodinâmico em consideração muda como resultado da interação com o meio ambiente. No método integral de descrição do estado de um sistema termodinâmico, que é o ambiente gasoso de uma sala, são utilizados parâmetros de estado “integrais” - como a massa de todo o ambiente gasoso e sua energia térmica interna. A relação entre estes dois parâmetros integrais permite estimar o grau médio de aquecimento do meio gasoso. Durante o desenvolvimento de um incêndio, os valores desses parâmetros de estado integral mudam.

Modelo de incêndio de zona

O método de zona para calcular a dinâmica do RPT é baseado nas leis fundamentais da natureza - as leis de conservação de massa, momento e energia. O ambiente gasoso das instalações é um sistema termodinâmico aberto que troca massa e energia com o ambiente através de aberturas abertas nas estruturas envolventes das instalações. O ambiente gasoso é multifásico, porque consiste em uma mistura de gases (oxigênio, nitrogênio, produtos de combustão e gaseificação de material combustível, agente extintor gasoso) e partículas finas (sólidas ou líquidas) de fumaça e agentes extintores.
No modelo matemático de zona, o volume de gás da sala é dividido em zonas características, nas quais as equações correspondentes das leis de conservação são usadas para descrever a transferência de calor e massa. As dimensões e o número de zonas são selecionados de forma que dentro de cada uma delas a heterogeneidade de temperatura e outros campos de parâmetros do ambiente gasoso seja a mais mínima possível, ou com base em algumas outras suposições determinadas pelos objetivos do estudo e pela localização do material combustível.
O mais comum é o modelo de três zonas, no qual o volume da sala é dividido nas seguintes zonas: coluna convectiva, camada de teto e zona de ar frio, Fig. 1.

Figura 1.

Como resultado do cálculo usando o modelo de zona, são encontradas as dependências temporais dos seguintes parâmetros de transferência de calor e massa:
- valores volumétricos médios de temperatura, pressão, concentrações de massa de oxigênio, nitrogênio, gás extintor e produtos de combustão, bem como a densidade óptica da fumaça e faixa de visibilidade na camada de teto aquecida e cheia de fumaça da sala;
- o limite inferior da camada do teto aquecido e cheio de fumaça;
- distribuição ao longo da altura da coluna do fluxo de massa, valores médios de temperatura na seção transversal da coluna e emissividade efetiva da mistura gasosa;
- vazões mássicas de gases que saem e o fluxo de ar externo para dentro através de aberturas abertas;
- fluxos de calor descarregados no teto, paredes e piso, bem como emitidos pelas aberturas;
- temperatura (campos de temperatura) das estruturas envolventes;
O aparato matemático do modelo é apresentado nos manuais científicos e metodológicos apresentados na seção “Literatura” desta seção.

Método de cálculo de campo (diferencial)

O método de campo é o mais universal dos métodos determinísticos existentes, pois se baseia na resolução de equações diferenciais parciais que expressam as leis fundamentais de conservação em cada ponto do domínio computacional. Com sua ajuda, você pode calcular a temperatura, velocidade, velocidade, concentrações dos componentes da mistura, etc. em cada ponto da área de cálculo, ver Fig. 2. Nesse sentido, o método de campo pode ser utilizado:
. realizar pesquisas científicas para identificar padrões de desenvolvimento de incêndios;
. realizar cálculos comparativos com a finalidade de testar e aprimorar modelos menos universais e zonais e integrais, verificando a validade e sua aplicação;
. Escolhendo uma opção racional para proteção contra incêndio de objetos específicos:
. modelar a propagação do fogo em salas com altura superior a 6 m.

Arroz. 2. Cálculos utilizando modelo de campo.

Na sua essência, o método de campo não contém quaisquer suposições a priori sobre a estrutura do fluxo e, devido a isso, é fundamentalmente aplicável para considerar qualquer cenário de desenvolvimento de incêndio.
Porém, deve-se ressaltar que seu uso requer recursos computacionais significativos. Isto impõe uma série de restrições ao tamanho do sistema em consideração e reduz a possibilidade de realizar cálculos multivariados. Portanto, métodos de modelagem integral e zonal também são ferramentas importantes na avaliação perigo de incêndio objetos nos casos em que tenham conteúdo informativo suficiente e os pressupostos assumidos na sua formulação não contradigam o quadro da evolução do incêndio.
No entanto, com base nos estudos realizados, pode-se argumentar que, uma vez que as suposições a priori dos modelos de zona podem levar a erros significativos na avaliação do perigo de incêndio de um objeto, é preferível utilizar o método de modelagem de campo nos seguintes casos:
. para salas de configuração geométrica complexa, bem como para salas com grande número de obstáculos internos;
. salas em que uma das dimensões geométricas é muito maior que as outras;
. salas onde existe a possibilidade de formação de fluxos de recirculação sem a formação de uma camada superior aquecida (que é o principal pressuposto dos modelos de zona clássicos);
. noutros casos, quando os modelos zonais e integrais não são suficientemente informativos para resolver os problemas atribuídos, ou há razões para acreditar que o desenvolvimento de um incêndio pode diferir significativamente dos pressupostos a priori dos modelos zonais e integrais de incêndio.

O aparato matemático do modelo é apresentado nos manuais científicos e metodológicos apresentados na seção “Literatura” desta seção.

Critérios para seleção de modelos de incêndio para cálculos

De acordo com o projeto de documento “Metodologia de Avaliação de Risco para Edifícios Públicos”, três grupos principais de modelos determinísticos são usados para descrever os parâmetros termogás-dinâmicos de um incêndio: integral, zona (zonal) e campo.
A escolha de um modelo específico para cálculo do tempo de bloqueio das rotas de evacuação deverá basear-se nas seguintes premissas:
método integral:
- para edifícios e estruturas contendo um sistema desenvolvido de instalações de pequeno volume e configuração geométrica simples
 realizar modelos de simulação para casos em que a consideração da natureza estocástica de um incêndio é mais importante do que a previsão precisa e detalhada das suas características;
 para instalações onde o tamanho característico da fonte de incêndio é proporcional ao tamanho característico da sala;

Método de zona:
 para salas e sistemas de salas de configuração geométrica simples, cujas dimensões lineares sejam proporcionais entre si;
- para instalações grandes, quando o tamanho da fonte de incêndio é significativamente menor que o tamanho da sala;
- para áreas de trabalho localizadas em diferentes níveis dentro de uma mesma sala (auditório de cinema inclinado, mezanino, etc.);

Método de campo:
- para salas de configuração geométrica complexa, bem como salas com grande número de barreiras internas (átrios com sistema de galerias e corredores adjacentes, centros multifuncionais com um sistema complexo de conexões verticais e horizontais, etc.);
- para salas em que uma das dimensões geométricas é muito maior (menor) que as outras (túneis, estacionamentos fechados grande área, etc.);
- para outros casos em que a aplicabilidade ou o conteúdo informativo dos modelos zonais e integrais sejam duvidosos (estruturas únicas, propagação do fogo ao longo da fachada de um edifício, necessidade de ter em conta o funcionamento dos sistemas de protecção contra incêndios que podem alterar qualitativamente o imagem de um incêndio, etc.).

Características de uma carga de incêndio típica (exemplos)

Edifícios do século I-II. fogo; móveis + produtos domésticos
Valor calórico inferior, kJ/kg 13.800,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,0108
Taxa de queima específica, kg/m2-s 0,01450
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg 270,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -1,0300
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 0,20300
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,00220
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg 0,01400

Edifício I-II Art. fogo; móveis+tecidos
Valor calórico inferior, kJ/kg 14700,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3. 0,0108
Taxa específica de queima, kg/m2s 0,01450
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg. ...82,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -1,4370
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2). kg/kg...... 1,28500
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,00220
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg. 0,00600

Edifícios públicos; móveis+linóleo PVC (0,9+0,1)
Valor calorífico inferior, kJ/kg 14.000,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,015
Taxa específica de queima, kg/m2s.-. 0,01370
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg 47,70
Consumo de oxigênio (Og), kg/kg -1,3690
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 1,47800
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,03000
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg.. 0,00580

Bibliotecas, arquivos; livros, revistas nas prateleiras
Valor calórico inferior, kJ/kg 14.500,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,0103
Taxa específica de queima, kg/m2s 0,01100
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg 49,50
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -1,1540
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 1,10870
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,09740
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg. .0,00000

Casacos; pilha, tecidos (lã + náilon)
Valor calorífico inferior, kJ/kg 23300,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,0835
Taxa específica de queima, kg/m2-s 0,01300
Capacidade digestiva, Npm2/kg 129,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -3,6980
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 0,46700
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,01450
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg 0,00000

Rezinotechn. produtos; borracha, produtos feitos a partir dela
Valor calorífico inferior, kJ/kg 36.000,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3.... 0,0184
Taxa específica de queima, kg/m2-s 0,01120
Capacidade de geração de fumaça, Np m2/kg 850,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -2,9900
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 0,41600
monóxido de carbono (CO), kg/kg.. 0,01500
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg 0,00000

Automóvel; 0,3*(borracha, gasolina)+0,15*(PPU, couro PVC)+0,1* esmalte
Valor calórico inferior, kJ/kg 31700,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,0068
Taxa específica de queima, kg/m2 s 0,02330
Capacidade de geração de fumaça, Np m2/kg 487,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg. -2,6400
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 1,29500
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,09700

Gabinete; móveis+papel (0,75+0,25)
Valor calorífico inferior, kJ/kg.14002,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,042
Taxa específica de queima, kg/m2s.0,01290
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg.. 53,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg. .-1.1610
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg...0,64200
monóxido de carbono (CO), kg/kg....... 0,03170
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg. , 0,00000

Uma sala forrada a painéis; painéis de fibra
Valor calorífico inferior, kJ/kg 18100,0
Velocidade linear da chama, m/s / densidade GJ, kg/m3 0,0405
Taxa específica de queima, kg/m2s 0,01430
Capacidade de geração de fumaça, Npm2/kg 130,00
Consumo de oxigênio (O2), kg/kg -1,1500
Liberação de gás:
dióxido de carbono (CO2), kg/kg 0,68600
monóxido de carbono (CO), kg/kg 0,02150
cloreto de hidrogênio (HC1), kg/kg.... g.. 0,00000

Literatura

Lei Federal da Federação Russa de 22 de julho de 2008 No. 123-FZ “ Regulamentos técnicos sobre requisitos de segurança contra incêndio."
GOST 12.1.004-91* Segurança contra incêndio. Requisitos gerais.
GOST 12.1.033-81* Segurança contra incêndio. Termos e definições.
SP 118.13330.2012 Prédios e estruturas públicas.
SNiP 21-01-97* Segurança contra incêndio de edifícios e estruturas.
Kholshchevnikov V.V., Samosshin D.A. Parfenenko A.P., Kudrin I.S., Istratov R.N., Beloskhov I.R. Evacuação e comportamento de pessoas durante incêndios: livro didático. mesada. - M.: Academia do Corpo de Bombeiros do Estado do Ministério de Situações de Emergência da Rússia, 2015. - 262 p.

Introdução

Nas condições modernas, o desenvolvimento de sistemas economicamente ideais e eficientes medidas de prevenção de incêndioé impensável sem uma previsão com base científica da dinâmica dos riscos de incêndio (FH).

A previsão da aptidão física geral é necessária:

· na criação e melhoria de sistemas de alarme e sistemas automáticos de extinção de incêndios;

· no desenvolvimento de planos operacionais de extinção (planejamento das ações das unidades de combate em caso de incêndio);

· ao avaliar os limites reais de resistência ao fogo;

· para calcular o risco de incêndio e muitos outros fins.

Os métodos modernos de previsão das propriedades físicas permitem não só prever incêndios prováveis, mas também modelar incêndios já ocorridos para a sua análise e avaliação do efeito dos dispositivos de proteção contra incêndios.

Riscos de incêndio que afetam pessoas e bens materiais (de acordo com a Lei Federal Federação Russa datado de 22 de julho de 2008 nº 123-FZ “Regulamentos Técnicos sobre Requisitos de Segurança contra Incêndios”) são:

· chamas e faíscas;

· aumento da temperatura ambiente;

· concentração reduzida de oxigênio;

· produtos tóxicos de combustão e decomposição térmica;

Visibilidade reduzida na fumaça;

· fluxo de calor.

Do ponto de vista científico, os riscos de incêndio são conceitos físicos e, portanto, cada um deles é representado quantitativamente por uma grandeza física.

Os métodos científicos modernos para prever o RPP baseiam-se em modelos matemáticos de incêndio. Um modelo matemático de incêndio descreve da forma mais geral a mudança nos parâmetros do estado do ambiente em uma sala ao longo do tempo, bem como os parâmetros do estado das estruturas envolventes desta sala e vários elementos do equipamento (tecnológico) .

As equações básicas que compõem o modelo matemático de um incêndio decorrem das leis fundamentais da natureza: a primeira lei da termodinâmica e a lei da conservação da massa. Estas equações refletem e ligam todo o conjunto de processos inter-relacionados e interdependentes inerentes a um incêndio, como a libertação de calor como resultado da combustão, a libertação de fumo na zona da chama, as alterações nas propriedades ópticas do meio gasoso, a libertação e propagação de gases tóxicos, trocas gasosas da sala com o ambiente e com salas adjacentes, troca de calor e aquecimento das estruturas envolventes, reduzindo a concentração de oxigênio na sala.

Os métodos de previsão do RPP são diferenciados dependendo do tipo de modelo matemático de incêndio. Os modelos matemáticos de incêndio interno são convencionalmente divididos em três tipos: integral, zona e campo (diferencial).

Para fazer uma previsão com base científica, é necessário recorrer a um ou outro modelo de incêndio. A escolha do modelo é determinada pela meta (objetivos) da previsão (pesquisa) para determinadas condições de singularidade (características da sala, material combustível, etc.) resolvendo um sistema de equações diferenciais que formam a base da matemática selecionada modelo.

O modelo de incêndio integrado permite obter informação (ou seja, permite fazer uma previsão) sobre os valores volumétricos médios dos parâmetros do estado do ambiente na sala para qualquer momento do desenvolvimento do incêndio. Ao mesmo tempo, para comparar (correlacionar) os parâmetros médios (ou seja, volume médio) do ambiente com seus valores limites na área de trabalho, são utilizadas fórmulas obtidas com base em estudos experimentais do distribuição espacial de temperaturas, concentrações de produtos de combustão, densidade óptica da fumaça, etc. d.

No entanto, mesmo usando um modelo integral de incêndio, obter uma solução analítica para um sistema de equações diferenciais ordinárias em caso geral impossível. A implementação do método de previsão escolhido só é possível resolvendo-o numericamente por meio de modelagem computacional.

1. Tópico e tarefas trabalho do curso

O curso é um dos tipos de trabalho independente trabalho acadêmico alunos para dominar o material didático e a etapa final de estudo de métodos de previsão de características físicas gerais com base em modelos matemáticos de incêndio, considerados na disciplina “Previsão de fatores perigosos de incêndio”, bem como uma forma de controle por parte da instituição de ensino sobre o nível de conhecimento e habilidades relevantes dos cadetes.

O trabalho do curso apresenta as seguintes tarefas aos alunos:

· consolidar e aprofundar conhecimentos no domínio da modelação matemática da dinâmica dos riscos de incêndio;

· utilizando exemplos específicos, obter informações sobre o grau de interdependência e interligação de todos os processos físicos inerentes a um incêndio (trocas gasosas da sala com o ambiente, geração de calor na zona da chama e aquecimento das estruturas dos edifícios, emissão de fumos e alterações no propriedades ópticas do ambiente gasoso, liberação e propagação de gases tóxicos, etc.);

· dominar a metodologia para prever a aptidão física geral usando programa de computador, implementando a integral modelo matemático fogo;

· adquirir competências na utilização de programas informáticos no estudo de incêndios.

O tema e a finalidade do trabalho do curso é a previsão dos fatores de risco de incêndio em uma sala (cuja finalidade e outras características são determinadas pela opção de atribuição).

2. Requisitos para o conteúdo e concepção dos cursos

O trabalho do curso é realizado de acordo com instruções metodológicas e é composto por uma nota de cálculo e explicativa e uma parte gráfica. A nota de cálculo e explicativa é composta por um texto explicativo, resultados de cálculos em forma de tabelas, desenhos e diagramas que refletem as características geométricas do objeto e a imagem das trocas gasosas na sala durante um incêndio. A parte gráfica é apresentada por gráficos da evolução dos riscos de incêndio nas instalações ao longo do tempo.

O material de referência necessário é fornecido nos apêndices das instruções e na literatura recomendada.

Antes de iniciar o curso, você deve: estudar o material da disciplina, familiarizar-se com as instruções metodológicas, selecionar a literatura educacional, de referência e regulatória recomendada. As respostas para cada item da tarefa são fornecidas de forma expandida com justificativa.

O trabalho deverá ser feito com cuidado, em tinta preta ou impresso em preto em folhas impressas A4. Texto em nota explicativa deve ser escrito de forma legível, sem abreviaturas de palavras (exceto abreviaturas geralmente aceitas), em um dos lados da folha. A versão computacional do trabalho é digitada no processador de texto Word, fonte Times New Roman com espaçamento entre linhas de 1 a 1,5. O tamanho da fonte para texto é 12 ou 14, para fórmulas - 16, para tabelas - 10, 12 ou 14. O tamanho das margens da folha é de 2 cm em todos os lados. Recuo de parágrafo de pelo menos 1 cm.

No cálculo do tempo de evacuação necessário, deverão ser fornecidas as fórmulas e os valores nelas substituídos, unidades de medida das grandezas físicas obtidas na resposta.

Os títulos das seções e dos capítulos são escritos em letras maiúsculas. Títulos de subseção - letras minúsculas(exceto a primeira capital). Não é permitida a hifenização de palavras nos títulos. Não há ponto final no final do título. A numeração das tabelas, figuras e gráficos deverá ser contínua.

As páginas do trabalho do curso deverão ser numeradas com algarismos arábicos. A primeira página é a página de título, a segunda é a tarefa do trabalho do curso, a terceira é o conteúdo, etc. Não há número na primeira página do trabalho do curso. As páginas do trabalho do curso, exceto a página de título, e as tarefas do trabalho do curso devem ser numeradas. O formulário de atribuição para conclusão do trabalho do curso é fornecido no Apêndice 1.

A página de título deve indicar:

nome do ministério, instituição de ensino e departamento onde está sendo realizado o trabalho do curso;

o tema do trabalho do curso e a opção de trabalho;

Nome completo um aluno que concluiu o trabalho do curso;

cargo, cargo, nome completo supervisor científico;

cidade e ano de curso de trabalho.

Ao final do trabalho, deverá indicar a literatura utilizada (sobrenome e iniciais do autor, título completo do livro, editora e ano de publicação). O trabalho do curso concluído deve ser assinado, datado e submetido para revisão pelo corpo docente por correspondência. O acesso à defesa é a base para a convocação do aluno para uma sessão de exame laboratorial.

Se a obra atender aos requisitos, o gestor permite que ela seja defendida. O trabalho reconhecido como não atendendo aos requisitos é devolvido ao aluno para revisão.

Defesa de trabalhos de curso por docentes ensino a distância podem ser realizados durante a sessão. Os resultados da defesa são avaliados num sistema de quatro pontos: “excelente”, “bom”, “satisfatório”, “insatisfatório”. O gerente do projeto coloca a avaliação na página de rosto do trabalho, no boletim do aluno, e certifica com assinatura. Apenas avaliações positivas são dadas.

Se o aluno obtiver nota insatisfatória, ele deverá refazer o trabalho de acordo com novo tópico ou recicle o antigo.

3. Selecionando uma opção de tarefa e dados iniciais

A opção de atribuição de cursos é determinada pelo número na lista do grupo de estudos (pelo número no diário do grupo). O número da opção está indicado na página de título do trabalho do curso. Dependendo do ano de ingresso do aluno no treinamento (matrícula 2010, 2011, etc.), os dados iniciais para cálculos (temperatura ar atmosférico e em ambientes internos, dimensões da sala e aberturas, parâmetros da carga inflamável, etc.) são fornecidos nas tabelas 1-5 (Apêndice 2).

Os dados obtidos por meio de modelagem computacional e necessários para completar o Capítulo 3 são fornecidos individualmente para cada opção. formulário eletrônico na palestra de orientação sobre a disciplina.

Dados adicionais para todas as opções:

temperatura crítica para envidraçamento - 300°C;

número de aberturas - 2 (janelas e porta);

ventilação mecânica antifumo – ausente;

instalação automática de extinção de incêndio (AUP) - ausente;

aceite todos os outros parâmetros não especificados como padrão.

Abreviações, adotada na apresentação do curso “Previsão de fatores perigosos de incêndio”:

OFP - riscos de incêndio;

PDZ - valor máximo permitido de risco de incêndio;

PPR - plano de iguais pressões (plano neutro);

GM é um material inflamável.

1. De acordo com a opção de trabalho do Capítulo 1 do trabalho da unidade curricular, calcular os parâmetros iniciais da carga combustível da divisão em questão.

2. Desenhe uma planta do edifício, indique na planta as dimensões da sala e a carga combustível.

No Capítulo 2, forneça uma descrição do sistema de equações diferenciais com base no qual foi criado um modelo matemático integral de um incêndio em uma sala, com uma explicação completa de todas as grandezas físicas nele incluídas.

De acordo com a opção de atribuição do trabalho do curso, retirar do professor dados tabulares prontos (Tabela 1) sobre a dinâmica de desenvolvimento dos valores volumétricos médios de RPP durante o livre desenvolvimento de um incêndio, calculados através do programa de computador INTMODEL , que implementa um modelo matemático integral de incêndio em uma sala.

5. Com base nos dados tabulares, construa as dependências gráficas correspondentes dos parâmetros de volume médio no tempo de desenvolvimento do incêndio: m (t);

µm(t); eu vejo(t); (t); (t); (t); com m(t); S*(t); S(t); G em (t); G g (t); DP(t).

6. Faça uma descrição e conclusões comparativas com base nos gráficos obtidos, explique os saltos nos gráficos (se houver).

7. Guiado pelos dados calculados através de um programa de computador e pelas dependências gráficas das propriedades físicas gerais no tempo, no Capítulo 4 do trabalho do curso, caracterizar a dinâmica do desenvolvimento das propriedades físicas gerais individuais, a sequência de ocorrência de vários eventos , e geralmente descrevem a previsão para o desenvolvimento de um incêndio.

Determine a duração crítica de um incêndio com base na condição de que cada risco de incêndio atinja o valor máximo permitido (volume médio) e o tempo necessário para evacuar as pessoas das instalações em questão:

a) conforme dados de modelagem matemática (resuma os resultados na Tabela 2);

b) de acordo com a metodologia de determinação do tempo desde o início do incêndio até ao bloqueio das vias de evacuação em consequência da propagação de factores de incêndio perigosos sobre as mesmas, de acordo com o Anexo n.º 5 ao despacho do Ministério de Situações de Emergência da Rússia datado de 10 de julho de 2009 nº 404 ao parágrafo 33 (Métodos para determinar os valores estimados de risco de incêndio em instalações de produção).

Os resultados dos cálculos obtidos estão refletidos no Capítulo 4 do trabalho do curso, onde são tiradas as conclusões: quais as semelhanças e diferenças entre estes métodos, o que pode explicar a diferença nos resultados dos cálculos.

9. Com base nos resultados da Tabela 2, tire uma conclusão sobre a resposta oportuna dos detectores de incêndio instalados na sala. No caso de seu trabalho ineficaz, ofereça-lhes uma substituição alternativa (Anexo 3).

10. Calcule os parâmetros das propriedades físicas gerais para o nível da área de trabalho (propriedades físicas gerais l) com livre desenvolvimento de incêndio no tempo de 11 minutos, conforme a fórmula:

(GPP l - GPP 0) = (GPP m - GPP 0) Z,

onde RPP l é o valor local do RPP;

RPP 0 - valor inicial do RPP;

RFP m - valor volumétrico médio do fator de risco de incêndio - parâmetro adimensional calculado pela fórmula:

, no H £ 6 m,

Onde h- altura da área de trabalho, m;

N- altura da sala, m.

11. Insira os resultados dos cálculos das características físicas gerais para o nível da área de trabalho na tabela do Capítulo 5 do trabalho do curso.

12. Com base nos cálculos obtidos para o tempo de 11 minutos:

a) fornecer um diagrama de trocas gasosas na sala para um tempo de desenvolvimento de incêndio de 11 minutos com livre desenvolvimento de incêndio;

b) descrever detalhadamente a situação operacional em caso de incêndio de acordo com os cálculos de segurança física para o nível da área de trabalho, propor medidas para a evacuação segura de pessoas.

13. Faça uma conclusão geral sobre o trabalho do curso. A saída deve incluir:

UM) breve descrição objeto;

b) análise do PPR que atingiu seu valor máximo admissível aos 11 minutos com livre desenvolvimento do incêndio;

c) comparação do tempo crítico para o início das condições de emergência para fatores perigosos de incêndio de acordo com cálculos do programa informático INTMODEL e a metodologia para determinar o tempo desde o início de um incêndio até o bloqueio das rotas de evacuação em consequência da propagação sobre fatores de incêndio perigosos para eles, de acordo com o Apêndice nº 5 da ordem do Ministério de Situações de Emergência da Rússia, datada de 10 de julho de 2009, nº 404;

d) análise da tempestividade de resposta dos detectores de incêndio instalados nas instalações, se necessário, propostas para a sua substituição;

e) descrição das ações do pessoal da instalação em caso de incêndio, com base nos dados obtidos durante os cálculos;

f) descrição da atuação dos bombeiros, partindo do pressuposto de que o horário de sua chegada é de 10 minutos do início do incêndio;

g) recomendações ao proprietário das instalações e aos bombeiros para garantir uma evacuação segura em caso de incêndio nas instalações. As recomendações devem estar vinculadas aos resultados da previsão da dinâmica da aptidão física geral para uma determinada sala;

h) conclusão sobre a viabilidade e perspectivas da utilização de programas de computador para cálculo da dinâmica das propriedades físicas durante um incêndio.

14. Ao final do trabalho do curso, forneça uma lista da literatura utilizada.

5. Exemplo de curso

EMERCOM DA RÚSSIA

Orçamento do Estado Federal educacional

instituição de ensino profissional superior

"Instituto Ural do Corpo de Bombeiros do Estado

Ministério da Federação Russa para Assuntos de Defesa Civil,

situações de emergência e ajuda humanitária"

Departamento de Física e Transferência de Calor

TRABALHO DO CURSO

Tópico: Previsão de riscos de incêndio em um armazém

Opção nº 35

Concluído:

aluno do grupo de treinamento Z-461

Tenente Sênior do Serviço Interno Ivanov I.I.

Verificado:

professor sênior do departamento

Física e Transferência de Calor, Ph.D., Capitão do Serviço Interno

Subacheva A.A.

Yekaterinburgo

para cursos

na disciplina "Previsão de fatores perigosos de incêndio"

Ouvinte Ivanov Ivan Ivanovich

Opção nº. 35 Bem 4 Grupo Z-461

Nome do objeto: armazém de fardos de algodão

Dados iniciais

Atmosfera de bloco
pressão, mm. Rt. Arte.		temperatura, 0 C
Sala de bloco
		altura, m
largura, m		temperatura, 0 C
abertura 1 - padrão (porta)
corte inferior, m		∑ largura, m
corte superior, m		abertura, 0 C
abertura 2 - padrão (janelas)
∑ largura, m		corte inferior, m
abertura, 0 C		corte superior, m
tipo de material combustível	fardos de algodão	emissão de fumaça Np*m 2 /kg
		Liberação de CO, kg/kg
largura, m		Liberação de CO 2, kg/kg
quantidade de GN, kg		taxa específica de esgotamento, kg/m 2 *s
liberação de calor MJ/kg		velocidade de propagação da chama, m/s
		consumo de oxigênio kg/kg

Data de vencimento: "____"__________

Ouvinte____________________ Líder_______________

1. Dados iniciais

A sala de incêndio está localizada em um prédio térreo. O edifício é construído com estruturas pré-fabricadas de concreto armado e tijolos. No edifício, juntamente com as instalações do armazém, existem duas salas de trabalho. Ambas as salas estão separadas do armazém por uma parede corta-fogo. A planta do local é mostrada na Figura 1.

(É necessário indicar no diagrama as dimensões da sala e a massa estimada da carga combustível de acordo com sua opção!)

Arroz. 1. Plano de construção

Dimensões do armazém:

comprimento eu 1 = 60 m;

largura eu 2 = 24 m;

altura 2h = 6 m.

Existem 10 aberturas de janelas idênticas nas paredes externas do armazém. A distância do chão até a borda inferior de cada abertura da janela é Y H = 1,2 m. A distância do chão até a borda superior da abertura é Y B = 2,4 m. das aberturas das janelas é feita de vidro comum. O vidro é destruído a uma temperatura volumétrica média do gás na sala de 300°C.

As instalações do armazém estão separadas das salas de trabalho por portas corta-fogo, cuja largura e altura são de 3 m. Em caso de incêndio, estas aberturas são fechadas. As instalações do armazém possuem uma porta de ligação ao ambiente exterior. A largura da abertura é de 3,6 m. A distância do chão até a borda superior da porta é Y in = 3, Y n = 0. Em caso de incêndio, esta porta está aberta, ou seja, temperatura de abertura 20 0 C.

Os pisos são de concreto, com revestimento asfáltico.

Material combustível representa algodão em fardos. Fração de área ocupada por carga inflamável (FL) = 30%.

A área ocupada pela GN é determinada pela fórmula:

Onde − área útil.

A quantidade de material combustível por 1 P 0 = 10. Massa total de material combustível.

A combustão começa no centro da área retangular ocupada pelo GM. Dimensões deste site:

As propriedades do GN são caracterizadas pelos seguintes valores:

valor calorífico Q = 16,7;

taxa específica de burnout = 0,0167;

a velocidade de propagação da chama na superfície do GM;

capacidade de geração de fumaça D = 0,6;

consumo de oxigênio = 1,15;

emissão de dióxido de carbono = 0,578;

liberação de monóxido de carbono = 0,0052.

Não há ventilação mecânica nas instalações. A ventilação natural é realizada através de aberturas de portas e janelas.

O aquecimento é de água central.

Condições atmosféricas externas:

não há vento, temperatura externa 20 0 C = 293 K (de acordo com a opção selecionada);

pressão (no nível Y=h) P a = 760 mm. Rt. Arte., ou seja = 101300 Pa.

Parâmetros do estado do ambiente gasoso na sala antes de um incêndio:

T = 293K (de acordo com a opção selecionada);

P = 101300Pa;

Outras opções:

temperatura crítica para envidraçamento - 300 o C;

material das estruturas de fechamento - concreto armado e tijolo;

temperatura ambiente - 20 o C;

sistema automático de extinção de incêndio - ausente;

ventilação mecânica antifumo - ausente.

2. Descrição do modelo matemático integral do livre desenvolvimento do incêndio em armazém

Um modelo matemático integral de incêndio interno foi desenvolvido com base nas equações de incêndio expostas nos trabalhos. Estas equações decorrem das leis básicas da física: a lei da conservação da matéria e a primeira lei da termodinâmica para um sistema aberto e incluem:

equação do equilíbrio material do ambiente gasoso na sala:

V(dс m /dф) = G B + w - G r , (1)

onde V é o volume da sala, m 3; cm é a densidade volumétrica média do meio gasoso kg/m 3 ; f - tempo, s; G B e G r - vazões mássicas de ar que entra na sala e gases que saem da sala, kg/s; w é a taxa de queima em massa da carga combustível, kg/s;

equação de equilíbrio de oxigênio:

Vd(p 1)/dф = x 1в G B - x 1 n 1 G r - w L 1 Yu, (2)

onde x 1 é a concentração média de massa volumétrica de oxigênio na sala; x 1b - concentração de oxigênio nos gases de exaustão; n 1 - coeficiente que leva em consideração a diferença na concentração de oxigênio nos gases de exaustão x 1g em relação ao valor médio do volume x 1, n 1 = x 1g / x 1; L 1 - taxa de consumo de oxigênio durante a combustão, p 1 - densidade parcial de oxigênio no ambiente;

equação de equilíbrio do produto de combustão:

Vd(p 2)/dф = w L 2 Yu - x 2 n 2 G r, (3)

onde X i é a concentração volumétrica média do i-ésimo produto de combustão; L i - taxa de liberação do i-ésimo produto de combustão (CO, CO2); n i - coeficiente que leva em consideração a diferença entre a concentração do i-ésimo produto nos gases de exaustão x iг e o valor médio do volume x i, n i = x iг /х i; p 2 - densidade parcial dos produtos de combustão na sala;

Equação de equilíbrio para a quantidade óptica de fumaça em uma sala:

Vd ()/d = Dsh - n 4 G r / r m - k c S w , (4)

onde está a densidade óptica média do volume da fumaça; D - capacidade de formação de fumaça do GM; n 4 - coeficiente que leva em consideração a diferença entre a concentração de fumaça nos gases aquecidos que saem da sala e a concentração óptica volumétrica média de fumaça, n4= m mg / m m;

equação de balanço de energia U:

dU/dф = hQ p n w + i g w + C rv T em G in - C r T m m G r - Q w , (5)

onde P m é a pressão volumétrica média na sala, Pa; C p m , T m - valores volumétricos médios da capacidade térmica isobárica e da temperatura ambiente; Qpn- menor calor de combustão de trabalho GN, J/kg; Срв, Тв - capacidade térmica isobárica e temperatura do ar que entra, K; i g é a entalpia de gaseificação dos produtos da combustão do GN, J/kg; m é um coeficiente que leva em consideração a diferença entre a temperatura T e a capacidade térmica isobárica C rg dos gases de combustão da temperatura volumétrica média T m e a capacidade térmica isobárica volumétrica média C r m ,

m = C r T g /C r m T m ;

Yu - coeficiente de completude de combustão do GN; Q w - fluxo de calor para a cerca, W.

A temperatura média do volume T m está relacionada à pressão média do volume P m e à densidade p m pela equação de estado do ambiente gasoso na sala:

P m = с m R m T m . (6)

A equação do balanço material de um incêndio, tendo em conta o funcionamento do sistema de alimentação e exaustão de ventilação mecânica, bem como tendo em conta o funcionamento do sistema volumétrico de extinção de incêndios com gás inerte, terá a seguinte forma:

VdP m / dф = w + G B - G r + G pr - G out + G out, (7)

O sistema de equações acima é resolvido numericamente usando um programa de computador. Um exemplo é o programa INTMODEL.

. Cálculo da dinâmica de transferência física geral utilizando o programa de computador INTMODEL

Resultados de simulação computacional

O programa de computador educacional INTMODEL implementa o modelo matemático de incêndio descrito acima e é projetado para calcular a dinâmica do desenvolvimento do fogo de substâncias e materiais combustíveis líquidos e sólidos em uma sala. O programa permite levar em consideração a abertura de aberturas, o funcionamento dos sistemas de ventilação mecânica e a extinção volumétrica de incêndios com gás inerte, e também leva em consideração o balanço de oxigênio do incêndio, permite calcular a concentração de óxidos de carbono CO e CO 2, o teor de fumaça da sala e a faixa de visibilidade nela.

Tabela 1. Dinâmica de desenvolvimento dos parâmetros do ambiente gasoso na sala e coordenadas do PRD

Tempo, min Temperatura t m , 0 C Densidade óptica da fumaça µ m , Np/m Faixa de visibilidade l m , m ,

% em peso,

% em peso, %s em peso m, kg/m 3 Plano neutro - PDP Y*, mG in, kg/sG g, kg/sDP, PaS po, m 2

Mudança nos parâmetros volumétricos médios do ambiente gasoso ao longo do tempo

Arroz. 2. Mudança na temperatura volumétrica média do meio gasoso ao longo do tempo

Descrição do gráfico: O aumento da temperatura nos primeiros 22 minutos do incêndio pode ser explicado pela combustão no modo PRN, que se deve ao teor suficiente de oxigênio no ambiente. A partir do 23º minuto, o incêndio entra em modo de emergência devido à diminuição significativa da concentração de oxigênio. Dos 23 aos 50 minutos, a intensidade da combustão diminui constantemente, apesar do aumento contínuo da área de combustão. A partir do 50º minuto, o fogo entra novamente no modo PRN, que está associado ao aumento da concentração de oxigênio em decorrência da queima da carga combustível.

Conclusões de acordo com o cronograma: No gráfico de temperatura podemos distinguir aproximadamente 3 estágios de desenvolvimento do fogo. O primeiro estágio é o aumento da temperatura (até aproximadamente 22 minutos), o segundo é o estágio quase estacionário (de 23 minutos a 50 minutos) e o terceiro é o estágio de decaimento (de 50 minutos até a queima completa do combustível). carregar).

Arroz. 3. Mudança na densidade óptica da fumaça ao longo do tempo

Descrição do gráfico: Na fase inicial de um incêndio, a fumaça é liberada insignificantemente, a completude da combustão é máxima. Basicamente, a fumaça começa a ser liberada após 22 minutos do início do incêndio, e o limite máximo permitido para o valor volumétrico médio da densidade da fumaça é ultrapassado em aproximadamente 34 minutos. A partir dos 52 minutos, com a transição para o modo fade, a fumaça diminui.

Conclusões de acordo com o cronograma: A emissão de quantidades significativas de fumaça iniciou-se apenas com a transição do fogo para o modo de controle de fogo. O risco de redução da visibilidade da fumaça nesta sala é pequeno - o limite máximo permitido será excedido aproximadamente somente após 34 minutos do início do incêndio, o que também pode ser explicado pela presença de grandes aberturas abertas na sala (portas) .

Arroz. 4. Mudança na faixa de visibilidade em ambientes fechados ao longo do tempo

Descrição do gráfico: Durante 26 minutos de desenvolvimento do incêndio, o alcance de visibilidade na sala em chamas permanece satisfatório. Ao mudar para o modo PRV, a visibilidade em uma sala em chamas se deteriora rapidamente.

Conclusões de acordo com o cronograma: A faixa de visibilidade está relacionada à densidade óptica da fumaça pela proporção. Ou seja, o alcance de visibilidade é inversamente proporcional à densidade óptica da fumaça, portanto à medida que a fumaça aumenta, o alcance de visibilidade diminui e vice-versa.

Arroz. 5. Mudança na concentração média de oxigênio no volume ao longo do tempo

Descrição do gráfico: Nos primeiros 9 minutos de desenvolvimento do fogo (estágio inicial), a concentração volumétrica média de oxigênio permanece quase inalterada, ou seja, o consumo de oxigênio pela chama é baixo, o que pode ser explicado pelo pequeno tamanho do centro de combustão neste momento. À medida que a área de combustão aumenta, o teor de oxigênio na sala diminui. A partir de aproximadamente 25 minutos do início da combustão, o teor de oxigênio se estabiliza no nível de 10-12% em peso e permanece quase inalterado até aproximadamente 49 minutos de incêndio. Assim, do 25º ao 49º minuto, o modo PRV é implementado na sala, ou seja, combustão em condições de falta de oxigênio. A partir do 50º minuto, o teor de oxigênio aumenta, o que corresponde à fase de decaimento, na qual o ar que entra volta a encher gradativamente o ambiente.

Conclusões de acordo com o cronograma: O gráfico de concentração de oxigênio, semelhante ao gráfico de temperatura, permite identificar momentos de mudança nos modos e estágios de combustão. O momento em que o limite máximo permitido de oxigênio é excedido não pode ser rastreado neste gráfico, para isso será necessário recalcular a fração mássica de oxigênio em sua densidade parcial usando o valor da densidade volumétrica média do gás e a fórmula; .