Моделирование реального пожара как основа разработки требований к противопожарной защите зданий и сооружений

Тема: Моделирование реального пожара как основа разработки требований к противопожарной защите зданий и сооружений

Докладчик: Эксперт ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» Рыжков С.А.

Введение

Нормативно-правовое основание для моделирования пожаров: ч. 6 ст. 15 Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Программа для моделирования пожаров (open source, открытый код):

Fire Dynamics Simulator: относится к программам CFD-моделирования; решает уравнение Навье-Стокса; является специально разработанной программой NIST, направленной на рациональное использование вычислительных ресурсов CFD-моделирования; использует метод регулярных сеток с возможностью использования метода погруженных границ (IBM); позволяет реализовать моделирования движения объектов; решает задачи противодымной защиты и пожаротушения.

Примечание: Указанный программный комплекс рекламой не является, имеет открытый код.

Название программы приводится исключительно для учебно-консультационных целей.

Рассматриваемые вопросы на учебно-консультационном семинаре:

1. Задание химической реакции горения.

2. Матричный метод вычисления условной молярной массы горючей нагрузки, состоящей из атомов C, H, O, Cl.

3. Метод определения тепловой мощности пожара с учетом выгорания горючей нагрузки.

4. Метод расчета тепловой мощности пожара при горении отдельных элементов интерьера помещений.

5. Метод расчета характерного диаметра пожара и размеров кубовых ячеек сетки

6. Метод погруженных границ (Immersed Boundary Method).

7. Пример моделирования пожара.

8. Заключительная часть. Возможные направления реализации CFD-моделирования.

1. Задание химической реакции горения
Реакция № 1 - Химическая реакция горения, состоящая из атомов C, H, O.
Реакция № 2 - Химическая реакция горения, состоящая из атомов C, H, O, Cl.
Реакция № 3 - Химическая реакция горения различных видов горючей нагрузки.

2. Матричный метод вычисления условной молярной массы горючей нагрузки, состоящей из атомов C, H, O, Cl

3. Метод определения тепловой мощности пожара с учетом выгорания горючей нагрузки

4. Метод расчета тепловой мощности пожара при горении отдельных элементов интерьера помещений

Область применения - метод применим для оценки распространения опасных факторов пожара при горении отдельных элементов интерьера помещений (мебель, телевизор, мусорная корзина и т.д.). Использование метода рекомендуется в помещениях, где горючая нагрузка расположена локально, например: входные группы, вестибюли, места ожидания, галереи и т.д.

Тепловая мощность развития пожара по квадратичному закону:

Полезные ссылки и литература:
1. Heat Release Rates of Burning Items in Fires, Hyeong-Jin Kim and David G. Lilley, AIAA 2000-0722,
38th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 10-13 January 2000, Reno, NV.
2. HRR-калькулятор: https://www.thunderheadeng.com/pyrosim/resources/.
Примеры результатов расчетов:
Кровать (матрас и пружины, хлопково-уретановый материал):

5. Метод расчета характерного диаметра пожара и размеров кубовых ячеек сетки

Область применения - метод применим для оценки распространения опасных факторов пожара при моделировании горения в помещениях, оборудования, автомобилей, поездов. Особенность данного метода заключается в том, что он основан на мощности тепловыделения и взаимоувязан с геометрическими параметрами кубовых ячеек расчетной сетки (области построения модели).

Порядок определения характерного диаметра пожара и размеров кубовых ячеек сетки:

1. Расчет характерного диаметра пожара в зависимости от максимальной мощности пожара.

2. Определение размера кубовой ячейки сетки в зависимости от характерного диаметра пожара.

Полезные ссылки и литература:
1. NIST Special Publication 1018 Sixth Edition. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 3: Validation.
2. Интернет-ресурс (FDS+SMV): https://pages.nist.gov/fds/.
2. D*-калькулятор: https://www.thunderheadeng.com/pyrosim/resources/.
Примеры результатов расчетов:
6. Метод погруженных границ (Immersed Boundary Method)
Область применения - метод применим для оценки распространения опасных факторов пожара при моделировании горения в условиях сложной геометрии.

Механизм определения разделения ячеек в условиях сложной геометрии:

Механизм преобразования геометрии предусматривает выполнение задачи по преобразованию всех геометрических объектов, а именно: разделение граней и объемов ячеек сетки на части, которые вместе с их свойствами используются в дискретизации уравнения модели пожара.

Полезные ссылки и литература:

1. NIST Special Publication 1018 Sixth Edition. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 3: Validation.

2. Интернет-ресурс (FDS+SMV): https://pages.nist.gov/fds/.

3. Интернет-ресурс: https://www.thunderheadeng.com/2017/04/d1-07-vanella/:

Advances in Simulation Capability for Complex Geometry Marcos Vanella, Fire Research Division, National Institute of Standards and Technology (NIST) & Department of Mechanical and Aerospace Engineering, George Washington University.

Примеры применения FDS (IBM):