- ventza.ru

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ МЕТОДОМ КРУПНЫХ ВИХРЕЙ
И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЕ К ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ
А.М.Рыжов, Р. К. Эсманский
Рассмотрено перспективное направление исследования нестационарных турбулентных
процессов методом крупных вихрей (LES) [1] применительно к моделированию пожаров и их
противодымной вентиляции. Проведено тестирование программного комплекса FDS [2,3] на
достоверность реализации полей температур, концентраций кислорода, продуктов горения при
экспериментальном сжигании горючих жидкостей как на открытом пространстве, так и внутри
помещений при естественной и принудительной противодымной вентиляции.
Основополагающим звеном при численном моделировании пожаров и их противодымной
вентиляции является точность воспроизведения или представления очага пожара.
Поэтому в
работе изначально рассмотрено моделирование экспериментальных пламён при горении гептана
на открытом воздухе в противнях диаметром от 0,3 до 6 м [4]. Получено удовлетворительное
согласование
расчётных профилей температур и скоростей вдоль вертикальной оси с
экспериментальными данными для всех диаметров, а также с имеющимися
данными по
температуре вдоль радиуса для очага диаметром 6м.
Представлено
моделирование распространения продуктов горения гептана на площади
0,3x0,3 м2 в помещении 10,0x10,0x5,0 м с одним дверным проёмом [5]. При этом показано, что
расчётная динамика высоты прогретого слоя и его средняя температура, как и его параметры под
потолком помещения, в том числе и значения концентрации кислорода и продуктов горения
(CO2,CO,C) согласуются с экспериментальными данными.
Произведено тестирование FDS по результатам измерений оптической плотности дыма при
экспериментальном горении керосина на площади 0,25 м2 в здании с размерами 5,6x5,6x6,15 м
[6]. Получено удовлетворительное согласование экспериментальных и расчетных полей
оптической плотности дыма в измеряемых точках.
В результате моделирования
распространения продуктов горения гептана на площади
1,07 м2 в открытом помещении 10,0x7,0x5,00 м [7] подтверждено согласование расчётных и
экспериментальных данных по температуре, концентрациям продуктов горения и кислорода в
верхней зоне прогретого слоя.
На примере моделирования распространения продуктов горения дизельного топлива в
коридоре с размерами 96,0x8,0x2,65 м, в условиях естественной вентиляции через дверной проём
[8] и при наличии принудительной противодымной вентиляции через потолочное вентиляционное
отверстие с расходом 11.9 м3/с
[9]. Показано, что расчётная и экспериментальная динамика
продвижения продуктов горения вдоль коридора удовлетворительно согласуются.
Проведены расчеты по
моделированию экспериментального пожара в помещении
c
размерами 22,4x12,0x27,0 м (при горении дизельного топлива на площади 1 м2 с максимальным
тепловыделением 1,38 мВт)
при принудительном дымоудалении через 2 потолочных
вентиляционных отверстия размером 1,2x1,2м2, каждый, и суммарным расходом 30 м3 /c [10].
Получено соответствие опускания дымового слоя, расчётных высот и температур прогретого слоя
экспериментальным данным, а также хорошее соответствие расчётных и экспериментальных
скоростей потоков во всех приточных отверстиях (в 10 оконных проёмах).
Апробированный выше метод крупных вихрей применён для численного моделирования
принудительной противодымной вентиляции с объёмным расходом 12,5-25 м3/c при площадях
пожара 2x4 м, 2х2 м, 1x2м и мощностях тепловыделения от 2 до 4 мВт ( в том числе для
экспериментально определённой при горении автомобиля мощности
тепловыделения) в
помещениях в плане 30x30 м, 30x50 м, 50x60 м и высотой 3м. Численная реализация указанных
задач производилась на пространственных сетках от 800 000 до 2500000 контрольных объёмов.
Показан механизм увеличения толщины прогретого слоя за счёт возникновения пристеночных
эффектов и возникновения в нём рециркуляционных течений. В случае протяжённых источников
пожара увеличение толщины слоя и вовлечение воздуха в слой происходит преимущественно за
счёт периодически возникающих в слое вихревых структур, генерируемых при взаимодействии
факела с потолком и натекающим на факел рециркуляционным течением в слое.
Сделан вывод, что численное моделирование методом крупных вихрей позволяет получать
реалистические картины полей опасных факторов пожаров в помещениях, в том числе при их
противодымной вентиляции.
Литература
1. Корнев Н.В., Бесядовский А.Р. Введение в метод крупных вихрей // СПб ГМТУ, СПб, 2005.
2. McGrattan K., Baum H., Rehm R., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator (Version5),
Technical Reference Guide// NIST Special Publication 1018-5, USA, January 8, 2008
3. McGrattan K., Klein B., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator (Version 5). User’s Guide
// NIST Special Publication 1019-5, USA, February 1, 2008.
4. Koseki H., Yumoto T. Air entrainment and thermal radiation from heptane pool fires. // Fire
Technology, Volume 24, No 1, February 1988, p.p. 33-47.
5. Rinne T., Hietaniemi J., Hostikka S. Experimental validation of the FDS simulations of smoke
and toxic gas concentrations. // VTT, Espoo, 2007.
6. Hägglund B., Jansson R., Nireus, K. Smoke filling experiments in a 6x6x6 meter enclosure //
FOA Rapport C 20585-D6, Forsavrets Forskninsanstalt, Sweden, September 1985.
7. Hostikka S., Kokkala M., Vaari J. Experimental study of the localized room fires. NFSC2 test
series. // VTT Building and Transport, Espoo, 2001.
8. Hu L.H., Fong N.K., Yang L.Z., Chow W.K., Li Y.Z., Huo R . Modeling fire-induced smoke
spread and carbon monoxide transportation in a long channel // Journal of Hazardous Materials,
Volume 140, Issues 1-2, 2007, Pages , р.р.293-298.
9. Hu L.H., Li Y.Z., Huo R., Yi L., Chow W.K. Full-scale experimental studies on mechanical
smoke exhaust efficiency in an underground corridor // Building and Environment, Volume 41, Issue
12, 2006, p.p. 1622-1630.
10.
Chow W.K., Yi L., Shi C.L., Li Y.Z., Huo, R. Experimental studies on mechanical smoke
exhaust system in an atrium // Journal of Fire Sciences, vol.23, No. 5, 2005, p.p. 429 - 444.