Давление

Корректное моделирование давления в FDS

Тепловыделение очага пожара приводит к повышению температуры в помещении. Если это помещение герметично, то в нём должно повышаться давление.

Работа приточной или вытяжной вентиляции увеличивает или, соответственно, уменьшает массу воздуха в герметичном помещении. Вследствие чего, давление в помещении должно повышаться или падать.

В большинстве случаев, материальные тела, описываемые в FDS группой параметров OBST, целиком находятся внутри объёма с одинаковым давлением. Поэтому по умолчанию FDS не предполагает, что на разных сторонах одного элемента OBST может быть разное давление. В тех случаях, когда OBST представляет собой стену, разделяющую два изолированных объёма, подход, принятый в FDS по умолчанию, приводит к парадоксам, когда давление «выходит» из изолированного помещения с очагом пожара или вентиляцией в другое помещение. На рисунке приведён пример, где два помещения разделены стеной. Очаг пожара находится в помещении справа. Но в помещении слева давление также повышается. Желтым цветом показан срез давления.

{width=70%}

Помимо того, что результат некорректен сам по себе, такая ситуация повышает вероятность прерывания моделирования из-за численной нестабильности.

В рассмотренном примере, кроме «прохождения» давления через герметичную перегородку, присутствует ещё один парадокс практического плана. Прирост давления составил примерно 0.8 атмосферы. Строительные конструкции большинства жилых и производственных помещений в принципе не смогут выдержать изменение внутреннего давления больше, чем на несколько десятых долей атмосферы. А оконное стекло не выдержит перепада давления более, чем 0.03 атмосферы.

В большинстве случаев, помещения не обладают герметичностью, достаточной для образования перепада давления такой величины, поэтому разрушения конструкций не происходит. Представляется уместным, моделирование пожара проводить с учётом того, что такого большого изменения давления в помещении быть не может.

Моделирование работы приточной вентиляции также приводит к повышению давления в изолированном от приточной вентиляции помещении.

{width=70%}

Итак, при моделировании с настройками по умолчанию мы столкнулись с двумя парадоксами расчёта давления в FDS:

1. давление «проникает» через преграды

2. изменение давления из-за работы очага пожара или вентиляции слишком велико и не соответствует достижимым в реальности значениям

Оба парадокса нуждаются в решении.

Зоны

Первый парадокс (проникание давления через преграды) решается, если для всех помещений, где присутствует очаг пожара или вентиляция, в явном виде указать системе FDS, что здесь должны находиться изолированные по давлению Зоны (pressure zones). Такие Зоны описываются в файле FDS с помощью группы параметров ZONE, где параметр XYZ указывает на координаты любой точки внутри Зоны.

&ZONE XYZ=2, 3.5, 0.5/

Указанные в фале FDS Зоны получают номера в порядке их упоминания, начиная с 1. Номер 0 имеет автоматически создаваемая Зона, находящаяся за пределами расчётного домена.

Создание Зоны в помещении гарантирует, что давление из этого помещения не «просочится» наружу, а также, что давление соседнего помещения не «проникнет» внутрь данного.

Второй парадокс (слишком большой перепад давлений) решается посредством моделирования утечек между помещениями и/или улицей через двери и окна. Подробнее – см. Утечки.

Для моделирования утечек необходимо, чтобы в соединённых утечками помещениях были созданы Зоны.

Если между Зонами есть утечки через двери или окна, то при создании Зоны нужно указать площадь утечек во все остальные зоны, с которыми она связана утечками. Это делается посредством задания параметра LEAK_AREA(i), где i – номер Зоны, в которую осуществляется утечка из описываемой Зоны.

Проиллюстрируем на примере. Пусть мы создали две Зоны. Площадь утечки из первой зоны в нулевую равна 0.0001 м², из второй в нулевую – 0.0003 м², а из второй в первую – 0.0002 м². Тогда группы параметров ZONE будут иметь следующий вид.

&ZONE XYZ=..., LEAK_AREA(0)=0.0001 /

&ZONE XYZ=..., LEAK_AREA(1)=0.0002, LEAK_AREA(0)=0.0003 /

В Fenix+ 3 Зоны создаются для всех помещений, где есть элемент Очаг пожара, или Вентиляция, или Дверь (С доводчиком или Противопожарная) с включённой опцией «Учитывать утечки». Причём, в случае Двери, Зоны создаются с обеих сторон. Рассмотрим сценарий, в котором имеется четыре помещения. В этом сценарии будет создано три Зоны (см. рисунок).

{width=60%}

В файле FDS этого сценария созданы три Зоны

&ZONE XYZ=1,1.5,1/ **Зона №1**

&ZONE XYZ=1.125,0.125,0.75 LEAK_AREA(1) =0.00288675134594813/ **Зона №2**

&ZONE XYZ=-1.75,0,1.5/ **Зона №3**

Из Зоны 2 в Зону 1 имеется утечка площадью 0.0029 м², которая связана с наличием Двери. Более подробно об утечках – см. Утечки.

В четвёртом помещении и снаружи помещений создавать Зоны необходимости нет, поскольку там не происходят никакие процессы, которые могли бы повлиять на изменение давления.

Зоны создаются Fenix+ 3 автоматически, пользователю не нужно совершать для этого никаких действий.

Количество изолированных по давлению зон, используемых в проекте, указывается с помощью параметра MAX_LEAK_PATHS группы MISC.

&MISC MAX_LEAK_PATHS=3/

Если Зона граничит с границей расчётного домена (см. Область расчёта), то возможны две ситуации. Если прилегающие к Зоне границы расчётного домена являются открытыми, то Зона будет считаться связанной с внешней Зоной с номером «0», и давление в ней будет равно Фоновому. Если границы закрыты, то такая Зона будет функционировать изолированно от Зоны с номером «0».