Влияние «ступенчатости» графика мощности на время блокирования

Известно, что если мощность горения задана с помощью скорости распространения пламени, то график мощности изменяется ступенчато, по мере охвата ячеек с горючей нагрузкой. Поэтому первые несколько секунд моделирования горение может не происходить. В связи с этим у пользователей иногда возникает вопрос, не нужно ли корректировать время начала эвакуации, чтобы компенсировать это отсутствие горения в начале моделирования.

Давайте разберемся.

Для тестирования мы выбрали одну из самых маленьких скоростей распространения пламени среди всех нагрузок в базе данных Ю.А. Кошмарова и пособия к методике: 0,0045 м/с в нагрузке «Административные помещения, учебные классы школ, ВУЗов, кабинеты поликлиник». Расчет выполнялся на стандартной сетке 0,25 м.

Модель состоит из двух помещений. Пожарная нагрузка задана вент.отверстием, занимающим весь пол помещения пожара. В каждом помещении располагается набор датчиков для измерения времени блокирования.

Было выполнено 3 расчета:

1. «Базовый» расчет, с которым выполняется сравнение. Размер ячейки сетки в помещении пожара 0,05*0,05*0,125 м. Это обеспечивает практически гладкую кривую мощности пожара. Горение возникает в узле ячейки сетки, задана скорость распространения пламени 0,0045 м/с.
2. Вариант 1. Горение возникает в узле ячейки сетки, задана скорость распространения пламени 0,0045 м/с.
3. Вариант 2. Горение возникает в центре ячейки сетки, задана скорость распространения пламени 0,0045 м/с.

Графики мощности во всех трех расчетах:

1. Красный график – базовый расчет. Мощность нарастает практически по квадратичному закону, дискретность графика не заметна.
2. Зеленый график – вариант 1, горение начинается в узле ячейки сетки. На то, чтобы загорелись 4 соседние ячейки, требуется время:

До этого момента горения не наблюдается, после этого момента гореть будут сразу 4 ячейки сетки.

На графике видно, что в начале расчета мощность оказывается меньше мощности квадратичного расчета, затем на некоторое время превышает его, затем снова оказывается меньше. Чем больше ячеек охвачено пламенем, тем более гладким и приближенным к квадратичному становится график.

3. Коричневый график – вариант 2, горение начинается в центре ячейки сетки. Первая ячейка начинает гореть сразу, соседние ячейки начинают гореть, когда пламя доходит до их центра. По графику видно, что в начале расчета мощность оказывается больше мощности квадратичного расчета, затем квадратичный расчет обгоняет, и так далее. Картина в целом та же, что и во втором варианте.

Результаты расчета (сплошная линия – базовый, пунктирная – вариант 1, штрих-пунктирная – вариант 2)

Дальность видимости:

Температура:

Концентрация кислорода:

Время блокирования по дальности видимости получается следующим:

Обратите внимание, что в качестве предельного значения по видимости мы принимаем значение 20 метров, «с запасом», хотя реальное значение будет равно максимальному размеру помещения, т.е. 5 метров для помещения пожара и 7 метров для смежного помещения.

Видно, что по дальности видимости блокирование во всех трех вариантах наступает практически одновременно, с разницей в пределах 5 секунд.

Время блокирования по концентрации кислорода:

По концентрации кислорода и остальным опасным факторам в помещении пожара базовый вариант блокируется раньше, тестовые позже. В смежном помещении блокирование наступает примерно в одно время. В целом различия между базовым и тестовыми вариантами составляет 3-10% (5-12 секунд).

Таким образом, время блокирования в разных тестовых вариантах может оказаться как меньше, так и больше базового, разница составляет 5-15 секунд в помещении пожара (при времени блокирования 85-90 секунд) и 3-5 секунд в смежном помещении (при времени блокирования 120-180 секунд).

Учитывая, что время начала эвакуации из помещения пожара подобного размера составляет 5-7 секунд и занимает порядка 10-15 секунд, такая разница во времени блокирования не повлияет на оценку безопасности эвакуации.

Может возникнуть еще один вопрос - что будет, если будет выбрана более крупная ячейка сетки, например, 0,5 метра? Что, если скорость распространения пламени окажется еще меньше? В таком случае время отсутствия горения может уже получиться значительным, сравнимым с временем блокирования. Этим уже никак нельзя пренебречь.

Разумеется, при увеличении размера ячейки сетки дискретность графиков увеличивается. Поэтому пользователь должен внимательно выбирать размер ячейки сетки, особенно в таких критически важных областях, как область возле источника пожара. Если скорость распространения пламени мала, это повод задуматься об уменьшении ячейки сетки.

Подведем итоги. Мы рассмотрели скорость распространения пламени 0,0045 м/с, характерную для большинства нагрузок из пособия к методике. Было выполнено сравнение тестовых расчетов на стандартной сетке 0,25 м с базовым расчетом на мелкой сетке, дающим гладкий график мощности.

Учитывая, что:

1. в дискретном графике мощность горения оказывается то меньше, то больше гладкого графика базового расчета,
2. несмотря на отсутствие горения в начале расчета, время блокирования получается примерно таким же, как в базовом расчете, с различием в несколько секунд,
3. время блокирования при подобном размере помещения и подобной скорости распространения пламени существенно превышает время эвакуации людей из помещения,

мы не считаем необходимым корректировать время начала эвакуации.

Если вас все же сильно беспокоит отсутствие горения в начале расчета, используйте следующие рекомендации:

1. Установите точку начала распространения пламени не в узле сетки, а центре ячейки сетки. Горение начнется сразу же, хотя вид графика по-прежнему останется дискретным.
2. Правильно выбирайте размер ячейки сетки. При маленькой скорости распространения пламени уменьшите сетку возле очага пожара, чтобы уменьшить дискретность графика.