Компьютерное моделирование пожаров и ЧС

Введение

Пожар – это физико-химическое явление, в основе которого находятся бесконтрольные процессы горения, теплового и массового обмена, сопровождающиеся уничтожением материальных ценностей и представляющие опасность для жизни людей.

В 1992-ом году учёный Р.Фридман осуществил ряд обширных исследований, определив семьдесят четыре различных модели пожара. В 2003-ем году Оленик и Карпентер сумели расширить данный список. Явления, которые связаны с пожаром, например, горение, турбулентные потоки, излучение и поглощение энергии, непосредственная передача тепла и другие, достаточно трудно описать с математических позиций. Главная проблема, как правило, сопряжена с недостаточными вычислительными мощностями, а также с повышенным уровнем сложности моделей с другой.

Компьютерное моделирование пожаров и ЧС

Для того чтобы описать пожар, могут быть использованы следующие основные группы детерминистических моделей:

1. Интегральные модели.
2. Зонные (зональные) модели.
3. Полевые.

Выбор определённого типа модели может быть осуществлён на основании некоторых предпосылок, а именно, интегральная модель может применяться:

1. Для зданий и сооружений, которые содержат большую систему помещений небольшого размера и простой геометрической конфигурации.
2. Осуществление имитационного моделирования для вариантов, когда учет стохастического характера пожара может считаться более важным, чем точный и детальный прогноз его характеристик.
3. Для помещений, в которых характерный размер очага возгорания соизмерим с основным размером помещения.

Зональная модель может быть использована:

• Для помещений и систем помещений, имеющих простую геометрическую конфигурацию и соизмеримые между собой линейные размеры.
• Для помещений, имеющих большой объем, то есть, когда размеры очага пожара значительно меньше размеров помещения.
• Для рабочих зон, которые расположены на различных уровнях в пределах одного помещения (наклонный зрительный зал, антресоли и так далее).

Полевая модель может применяться:

• Для помещений, имеющих сложную геометрическую конфигурацию, а также помещений со значительным количеством внутренних преград.
• Для помещений, в которых один из геометрических размеров является значительно большим (или меньшим), чем остальные размеры.
• Для других случаев, когда применяемость или информативность зонных и интегральных моделей может вызывать сомнения (уникальные сооружения, распространение пожара по фасадам зданий, требование учета работы систем противопожарной защиты, способных качественно поменять картину пожара, и так далее).

Интегральная модель пожара предоставляет возможность получения информации, то есть, возможность сформировать прогноз об усреднённых величинах параметров состояния среды в помещении для каждого из моментов развития пожара.

Зонная и полевая модели применяются для того, чтобы предсказать развитие пожара в частично закрытых пространствах (при расчетах могут быть учтены окна, дверные проходы, вентиляция), например, в одной или нескольких комнатах.

Все эти модели не способны рассматривать процесс пожара как проблему описания переходов от нормального функционирования организации в безаварийной ситуации и далее к аварийному функционированию. Поэтому необходимо рассмотреть стадии пожара и выделить формализованную зависимость перехода от одной стадии к другой.

Под динамикой пожара следует понимать набор законов и закономерностей, которые описывают изменения главных параметров пожара во времени и пространстве. Основными параметрами, которые изменяются во времени и служат базовыми при изучении динамики пожара, считаются следующие:

1. Температура пожара.
2. Площадь пожара.

В возникновении и дальнейшем развитии пожара в помещениях следует выделить следующие стадии, в которых могут содержаться отдельные фазы, а именно:

1. Симптомная стадия, то есть, это период от превышения какого-либо из симптомов безопасного уровня до появления очага возгорания.
2. Исходная стадия, то есть, это период от появления локального неконтролируемого очага возгорания до полного охвата помещения пламенем. Фаза загорания является периодом, когда пламя возникает от постороннего источника зажигания на ограниченном участке и постепенно распространяется. Длительность фазы возгорания может колебаться от одной до трёх минут. Фаза начала пожара, то есть фаза, когда температура среды в помещении медленно растет. Весь предыдущий процесс может повторяться, но уже с повышенной интенсивностью. Длительность второго этапа может составлять примерно пять, десять минут.
3. Стадия полного развития пожара, то есть, когда загораются все горючие вещества и материалы, которые расположены в помещении. Интенсивность тепловыделения от горящих объектов может достигнуть максимума, что приведёт к быстрому возрастанию температуры в помещении до максимальной величины. Фаза объемного распространения пожара, то есть бурный процесс роста всех параметров. Температура в помещении может достигать 250-300 °С. Когда температура газовой среды в помещении достигает 300 °С, то происходит разрушение остекления. Догорание при этом происходит и за границами помещения (огонь может вырваться из проемов наружу). Скачкообразно меняется уровень интенсивности газообмена, то есть, он резко растёт, интенсифицируется процесс оттока горячих продуктов горения и приток свежего воздуха в зону горения. Фаза пожара, то есть, на данной фазе температура в помещении может кратковременно понизиться. Резко растёт общее тепловыделение на пожаре. Температура скачком увеличивается, возможно вплоть до 500-600 °С. Процесс пожара начинает стремительно развиваться. Общая площадь пожара, среднеобъемная температура в очаге пожара (800-900 °С), интенсивность возрастания пожарной нагрузки и степень задымления достигают максимума.