Моделирование пожара — важный инструмент для оценки рисков и обеспечения пожарной безопасности на различных объектах. С помощью различных методов можно прогнозировать возникновение чрезвычайных ситуаций, распространение дыма и токсичных продуктов горения, а также оценивать эффективность систем противопожарной защиты и планов эвакуации. Ниже рассмотрим основные методы моделирования и их применение на практике.
Полевые модели пожара
Полевые модели основаны на численном решении уравнений газовой динамики и тепломассообмена. Они позволяют детально описать процессы горения, распространения пламени и дыма, а также учесть влияние вентиляции, геометрии помещений и свойств горючих материалов. Программное обеспечение реализующее полевые модели пожара Fire Dynamics Simulator (FDS), разработанный Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST), и ANSYS Fluent, которые используются для имитации возгораний в промышленности и строительстве.
Полевые методы моделирования пожара требуют значительных вычислительных ресурсов и высокой квалификации пользователей, но обеспечивают наиболее точные и подробные результаты. С их помощью можно рассчитать температурные поля, скорости потоков газа, концентрации кислорода и токсичных веществ в любой точке помещения или здания. Эти данные используются для оценки времени блокирования путей эвакуации, определения безопасных зон и проектирования систем дымоудаления и пожаротушения. Преимущества полевых методик заключаются в их универсальности и возможности учета сложных физико-химических процессов.
Они позволяют моделировать опасные ситуации в помещениях произвольной геометрии, с учетом расположения оборудования, мебели и других препятствий. Они также могут учитывать работу систем вентиляции и кондиционирования, влияние ветра и других внешних факторов.
Недостатками полевого моделирования пожаров являются высокие требования к вычислительным ресурсам и сложность подготовки исходных данных. Для проведения расчетов необходимы подробные сведения о геометрии помещений, свойствах материалов и характеристиках горючей нагрузки.
Результаты моделирования могут быть чувствительны к выбору моделей турбулентности, горения и излучения, что требует от пользователя глубоких знаний в области газовой динамики и теории горения.
Зонные модели пожара
Зонные моделирование основано на упрощенном описании процессов горения и тепломассообмена в помещении. В этих моделях пространство разделяется на две или более зоны с однородными свойствами газовой среды, например, на верхний участок горячих продуктов горения и нижний холодного воздуха. Между зонами происходит обмен массой и энергией, который описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений.
Зонные модели требуют меньше вычислительных ресурсов и проще в использовании, чем полевые, но дают менее детальные результаты. Они хорошо подходят для оценки общих параметров пожара, таких как средняя температура газа, высота пламени, скорость выгорания горючих материалов и время достижения критических условий. Примерами зонных моделей являются CFAST (Consolidated Model of Fire and Smoke Transport), разработанная NIST, и Ozone V2, созданная Университетом Льежа в Бельгии.
Преимуществами зонного моделирования являются простота использования, быстрота расчетов и возможность получения основных параметров пожара без детального описания геометрии помещения. Они позволяют проводить многовариантные расчеты и анализировать влияние различных факторов на развитие процесса, таких как мощность источника зажигания, площадь и расположение проемов, наличие систем пожаротушения.
К недостаткам зонных моделей относится ограниченная возможность учета неоднородности газовой среды и локальных эффектов, таких как струйные течения и вихреобразование. Они не позволяют детально описать распространение дыма и огня в помещениях сложной формы и с большим количеством препятствий.
Результаты зонного моделирования пожара могут быть недостаточно точными для оценки времени блокирования путей эвакуации и проектирования систем противодымной защиты.
Интегральные модели пожара
Интегральные методики описывают процессы горения и тепломассообмена в помещении с помощью упрощенных аналитических зависимостей, полученных на основе экспериментальных данных и теоретических соотношений.
Эти модели позволяют быстро оценить основные параметры пожара, такие как мощность тепловыделения, скорость распространения пламени и время достижения опасных факторов пожара.
Интегральные модели наиболее просты в использовании и требуют минимальных входных данных, но имеют ограниченную точность и применимость. Они подходят для предварительной оценки пожарной опасности на начальных этапах проектирования или для быстрого анализа типовых сценариев пожара.
Примером интегральных моделей является ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».
Достоинством интегральных моделей является возможность получения быстрых оценок параметров горения на основе ограниченного набора исходных данных.
Они позволяют рассчитать время достижения критических значений температуры и концентраций токсичных газов в помещении, оценить необходимость устройства систем дымоудаления и определить категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.
Недостатки интегральных моделей связаны с их упрощенным характером и ограниченной областью применения. Они не учитывают особенности геометрии помещений, распределение пожарной нагрузки и наличие препятствий.
Плюс к этому, такие методики не позволяют прогнозировать локальные эффекты, такие как распространение дыма в коридорах и на лестничных клетках, а также оценивать эффективность работы систем противодымной вентиляции.
Применение моделирования пожара на практике
Моделирование пожара широко используется в различных областях, связанных с обеспечением пожарной безопасности. Вот некоторые примеры практического применения этих методов:
-
Проектирование систем противопожарной защиты зданий и сооружений. Путем моделирования легко оптимизировать расположение и параметры систем пожарной сигнализации, пожаротушения, дымоудаления и противодымной вентиляции.
-
Разработка и анализ сценариев развития пожара. Моделирование позволяет рассмотреть различные варианты возникновения и распространения возгорания, оценить их последствия и выбрать наиболее эффективные меры противопожарной защиты.
-
Расследование причин и последствий. Имитация используется для реконструкции событий, анализа факторов, повлиявших на развитие пожара, и выявления недостатков в системах противопожарной защиты.
-
Обучение и подготовка специалистов. Моделирование применяется в учебных целях для демонстрации процессов развития пожара, отработки навыков проектирования систем противопожарной защиты и обоснования принимаемых решений.
-
Научные исследования. Методы моделирования являются важным инструментом для изучения фундаментальных закономерностей горения и распространения пожара, разработки новых средств и технологий обеспечения пожарной безопасности.
При моделировании пожара важно правильно выбрать программное обеспечение, соответствующие целям и условиям конкретной задачи. Необходимо учитывать допущения и ограничения моделей, качество исходных данных и требуемую точность результатов. Рекомендуется сочетать различные методы и проводить натурные испытания для верификации полученных результатов.
Программные продукты для моделирования пожара
Компания MST предлагает передовые решения в области моделирования и оценки пожарных рисков. Программа Fenix+ позволяет проводить комплексную имитацию динамики развития пожара с учетом геометрии здания, свойств горючих материалов, работы систем противопожарной защиты и действий персонала.
Fenix+ включает в себя полевую методику FDS и набор интегральных моделей, что позволяет решать широкий спектр задач — от детального анализа распространения дыма и огня до экспресс-оценки пожарных рисков.
Программа имеет удобный графический интерфейс, обширную базу данных по свойствам материалов и встроенные инструменты для визуализации и анализа результатов.
Наши специалисты готовы оказать консультационную и техническую поддержку по использованию Fenix+ и помочь в разработке расчетных обоснований и проектной документации.
MST также проводит обучение и повышение квалификации специалистов в области моделирования и оценки пожарных рисков.
