Расчет ОФП, при пожаре в насосной по перекачке керосина. Программа ИРКР

     Академия  ГПС МЧС России 

     ФАКУЛЬТЕТ - І 
 
 

     Курсовая  работа по прогнозированию  ОФП 
 
 

                                                            Шифр задания В1 – І Лето

                                                                    
 
 

       

     Тема: Расчет ОФП, при пожаре в насосной по перекачке керосина

     Программа ИРКР: Определить изменение среднеобъемной температуры и положение ПРД  в заданный момент времени развития пожара  
 
 
 
 
 
 

     ВЫПОЛНИЛ: слушатель группы 1205                  Бженбахов А.М. 
 
 
 
 
 
 

     МОСКВА  2007 г. 

1. Исходные данные

     Насосная  по перекачке керосина расположена  в одноэтажном здании. Здание построено  из сборных железобетонных конструкций  и кирпича. План здания показан на рис. 1.

     Размеры насосной по перекачке керосина в  плане:

     Длинна  L₁     = 18 м

     Ширина L₂  = 12 м

     Высота  2h   =  3,6 м

     В наружных стенах насосной по перекачке  керосина имеется 8 одинаковых оконных проемов. Расстояние от пола до нижнего края каждого оконного проема Y_Н = 1,2 м. Расстояние от пола до верхнего края оконного проема Y_В = 2,4 м. Ширина каждого оконного проема В = 1,5 м. Суммарная величина оконных проемов å_В = 12 м. Остекление оконных проемов выполнено из обычного стекла. Остекление разрушается при среднеобъемной температуре газовой среды в помещении, равной 350 ⁰ С.

     Насосная  имеет один дверной проем, соединяющий с наружной средой. Его ширина (суммарная) å_В,М = 3 м . Расстояние от пола до верхнего края дверного проема Y_В = 2,4 м. А Y_Н = 0 м.

     При пожаре дверные проемы открыты. Полы бетонные, с асфальтовым покрытием. Горючий материал представляет собой керосин.

     Значение  коэффициента  j_Г = 10 %    т.е.    для площади занятой ГМ = 10 %

     Площадь пола, занятой ГМ, S_ГМ = j_Г S_ПОЛ / 100 = 21,6 м²

     где S_ПОЛ = L₁  L₂ — площадь пола и равна 18 * 12 = 216 м²

       Общая масса горючего материала  при Р = 80 кг/м² 

     Р₀ = М₀ / S_гм = 80 * 21,6 = 1728 кг.

     Горение начинается сразу же по всей площади, площадь горения полагаю неизменной и равной площади зеркала жидкости (керосина).

     L_{1 ГМ} = 0,1 L₁ j_Г   = 0,1 * 18 * = 5,7  м 

     L_{2 ГМ}   = 0,1 L₂ j_Г    = 0,1 * 12 * = 3,8 м 

     Свойства  ГМ характеризуются  следующими величинами:

  теплота сгорания                                            Q_H = 43,54 МДж/кг

  удельная  скорость выгорания                       y₀ = 174 кг / (м²* 4)

  скорость  распространения пламени

  по  поверхности горючего материала            _______________

  дымообразующая  способность                      D = 249 Нп * м²/кг

  потребление кислорода при горении           L_О2 = 3,34 кг/кг

  выделение оксида углерода при горении      L_СО = 0,148 кг/кг

  выделение двуокиси углерода                       L_СО2 = 2,92 кг/кг

  время стабилизации                                       20 минут 

     Насосная  по перекачке керосина не имеет механической системы дымоудаления, также отсутствуют люки для удаления дыма.

     Стационарных  систем пожаротушения нет.

     Внешние атмосферные условия:

• ветер отсутствует;
• температура наружного воздуха Т_В = 292 К = 19⁰;
• наружное давление на уровне, равной половине высоты

             помещения Р_А = 760 мм. рт. ст., т.е. Р_А = 760

     Параметры состояния газовой среды внутри помещения перед пожаром такие же, как у наружного воздуха. 

     Рис.1 План здания и разрез насосной по перекачке  керосина 

                  

                 
 
 
 

                                                                                                   
 
 
 

          

      

                                                 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                          

                                                                   

                                                          

                                                                                                          
 
 
 

     2. Описание интегральной  математической модели  свободного развития пожара в насосной по перекачке керосина

     Согласно  исходным данным 1  следует  положить, что  G_ПР = 0; G_ВЫТ = 0; G_ОВ = 0; Q_О = 0, где G_ПР и G_ВЫТ - расходы приточного и вытяжного вентиляторов; G_ОВ - расход газообразного огнетушащего вещества; Q_О - тепловой поток, излучаемый системой отопления.

     Для пожара при заданных условиях можно  принять в уравнении энергии, что V d/dt ( P_m / К - 1) = 0, т.е. внутренняя энергия среды в помещении при пожаре практически остается неизменной.

     С учетом сказанного система основных уравнений ИММП имеет вид:

     V = d P_m / d t = y + G_B - G_Г ;

     h y Q_Н + С_РА Т_А G_B - Q_W = 0 ;

     P_m V (d X_O2 / d t) = - (h L_O2 + X_O2) y + (X_O2 - X_O2) G_B ;

     P_m V (d c / d t) = (1 - c) y - cG_B ;

       V (d_Mm / d t) = D y - M_m G_Г ( 1 / P_m) ;

     P_m= r _m R T_{m .}

     где V - объем помещения, м³ ;

     P_m ,T_m ,r _m - соответственно среднеобъемные плотность, температура и давление;

     M_m - среднеобъемная плотность дыма, Нп / м ;

     c = X_m / L - приведенная среднеобъемная концентрация продукта горения ;

     X_O2 - среднеобъемная концентрация кислорода.

     Интегральная  математическая модель пожара в помещении  разработана на основе уравнений пожара, изложенных в работах [ 1, 2, 5]. Уравнения модифицированы и учитывают работу приточно-вытяжной системы механической вентиляции, а также работу системы объемного тушения пожара инертным газом.

     1. Уравнение баланса  массы

     Уравнение материального баланса записано в следующем виде:

     V d r _m / d t = y + G_B - G_Г + G_ПР - G_ВЫТ + G_ОВ    (1)

     где V - объем помещения ; t - время ; r _m - среднеобъемная плотность газовой среды ; y - скорость газификации горючей нагрузки (ГН); G_B и G_Г - массовые расходы поступающего воздуха и истекающих газов при естественном газообмене; G_ПР и G_ВЫТ - массовые расходы, создаваемые приточно-вытяжной вентиляцией; G_ОВ - массовый расход огнетушащего вещества (ОВ). Здесь и далее подразумевается основные единицы системы СИ.

     Для учета влияния температурного режима на работу вентиляторов расходы G_ПР и G_ВЫТ представлены в виде: 

1. G_ПР = r_а W_ПР ; 2. G_ВЫТ= r_m W_ВЫТ ;

     где r_а - плотность наружного воздуха, а W_ПР и W_ВЫТ - объемные производительности приточной и вытяжной подсистем, полагаемые постоянными. Расход подачи ОВ также полагается постоянным  в интервале времени от момента включения системы пожаротушения (СПТ) до окончания запаса ОВ и равным 0 вне этого интервала.

     где Еm - среднеобъемная степень черноты задымленной среды в помещении, s - постоянная Стефана, F_C - суммарная площадь проемов. 

     3. Уравнение баланса  массы кислорода

     Исходное  уравнение баланса массы кислорода имеет вид:

     V ((X_O2m P_m) / d t ) = - h L_О2 y + X_O2a (G_B + G_ПР) - X_O2m (G_Г + G_ВЫТ),   (9)

     где X_O2m - среднеобъемная массовая концентрация кислорода в помещении, L_О2 - стехеометрическое соотношение “кислород-горючее”, X_O2a - массовая концентрация кислорода в воздухе.

     Раскрывая скобки в левой части уравнения (9) и подставляя в него формулу (1), получаем уравнение баланса массы  кислорода в канонической форме:

      r_m V ( d X_O2m / d t ) = - (h L_О2 + X_O2m ) y + (X_O2a  - X_O2m) (G_B + G_ПР) - X_O2m G_OB ;       (10)

     Начальным условием для этого уравнения  является следующее:

       X_O2m (0) = X_O2a = 0,23 

     4 Уравнение баланса  продуктов горения

     Полагается, что воздух состоит только из кислорода  и азота. Поэтому уравнение баланса  каждого из продуктов горения  выглядит аналогично уравнению (9), в котором концентрация i - го продукта горения в воздухе принята равной нулю: