Доктор физико-математических наук, профессор
Professor, PhD in Physics and Mathematics
С помощью программы FDS проведено компьютерное моделирование динамики начальной стадии пожаров с разной скоростью роста в помещении с естественной вентиляцией. При быстром пожаре тепловыделение 1055 кВт достигалось по квадратичному закону за 100 с, при среднем за 250 с и при медленном за 500 с. Источник пожара располагался на полу и на высоте 2 м. В качестве вентиляционных использовали дверной проем размером 0,8×2,0 м, а также отверстия 0,8×0,1 м – нижнее, расположенное над полом, и верхнее под потолком. Установлено, что в процессе развития пожары меняют свой характер – они контролируются сначала горючим материалом, а затем кислородом. На первом этапе тепловыделение пожаров меняется по тому же закону, что и массовый расход горючего материала, и пламенное горение наблюдается только в области источника пожара. На втором этапе динамика тепловыделения имеет вид нерегулярных по амплитуде и длительности пульсаций и становится зависимой от условий вентиляции. В этом случае вклад в тепловыделение пожара дает пламенное горение в области источника и/или в области самовоспламенения в слое дыма.
Получено, что при пожаре в помещении с вентиляцией в пространственном распределении температуры и задымления воздуха образуются два слоя – практически однородный верхний и нижний, который характеризуется нерегулярными пульсациями этих параметров, обусловленных возникновением самовоспламенения дыма. Показана связь этих распределений с пространственным распределением изменения давления воздуха в помещении при пожаре. При всех скоростях роста пожара наблюдается сильная зависимость динамики тепловыделения от высоты расположения источника пожара. Увеличение высоты расположения источника пожара над уровнем пола оказывает наибольшее влияние на динамику тепловыделения в случаях вентиляции через дверной проем и верхнее отверстие. Длительность этапа пожара, когда пламенное горение происходит только в области источника, сокращается, а длительность этапа, когда в слое дыма возникает самовоспламенение, возрастает. При этом амплитуды пульсаций тепловыделения, величин затемнения и температуры воздуха в нижней области дыма, где происходит самовоспламенение, увеличиваются, а скорости опускания вниз слоев дыма и нагретого воздуха замедляются.
Computer simulation of the initial fire stage dynamics with various growth rate have been carried out with the help of FDS software. In case of a quick fire 1055 kW heat liberation has been reached in accordance with quadratic law within 100 seconds, averagely within 250 seconds and within 500 seconds when the fire rate is slow. Source of fire has been located on the floor and at the height of 2 m. A doorway of 0.8×2.0 m size and two 0.8×0.1 m openings have been used as ventilation holes. One opening has been located at the bottom over the floor and the other one has been positioned under the ceiling. It has been established that in the process of their development fires change their character in the following way: at the initial stage they are controlled by inflammable materials and then the fires are controlled by oxygen. At the first stage heat liberation is changed in accordance with the same law which is used for mass rate of an inflammable material and flame combustion is observed only in the field of the fire source. At the second stage heat liberation dynamics has a form of pulsations which are irregular in amplitude and duration and the dynamics becomes dependable on ventilation conditions. At this stage flame combustion in the source zone and/or self-ignition in the smoke layer provide a corresponding contribution in fire heat liberation.
It has been determined that two layers have been formed in case of a fire in the premises with ventilation in the spatial distribution of temperature and air fumigation. These top and bottom layers are practically uniform and they are characterized by irregular pulsations of the parameters which are due to smoke self-ignition occurrence. The paper shows relationship of these distributions with spatial distribution of air pressure changes in the premises during a fire. A significant dependence of heat liberation dynamics on fire source location height is observed at all fire growth rates. An increase in fire source location height above floor level exerts the most significant influence on heat liberation dynamics when ventilation occurs through a doorway and a top opening. Duration of the fire stage when flame combustion occurs in the source zone is reduced and duration of the stage when self-ignition takes place in the smoke layer is increased. In such a case heat liberation pulsation amplitudes, black-out values and air temperature in the bottom smoke zone where the self-ignition occurs are increasing and the rates of smoke layer and heated air sinking are slowing down.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.