Очаг пожара

Очаг пожара в Fenix+ 3 может быть создан несколькими способами.

Элемент «Очаг пожара» на горючем объекте

Первый способ – разместить в сценарии объект с горизонтальной верхней поверхностью (Стена, Твердое тело, Площадка, Перекрытие), выполненный из горючего Материала,

{width=45%}

а потом разместить на этом объекте элемент «Очаг пожара».

{width=40%}

При этом объект из горючего материала может иметь произвольную форму, а элемент «Очаг пожара», размещённый на нём, всегда будет прямоугольным. Это связано с тем, что группа параметров VENT во входном файле FDS, которую Fenix+ 3 использует для моделирования очага пожара, подразумевает прямоугольную форму. Размер прямоугольного очага может быть произвольным, но не более, чем максимальный прямоугольник, вписанный в контуры объекта, на котором размещён очаг.

{width=70%}

Очаг пожара в Fenix+ 3 характеризуется следующими тепловыми параметрами, которые вычисляются из свойств материала и площади очага:

• удельная мощность (кВт/м²);

• максимальная мощность (кВт),

• мощность, равная произведению удельной мощности на площадь горизонтальной части очага пожара. Если включена опция «Распространение пламени на боковые поверхности», то здесь при расчёте максимальной мощности боковые поверхности не учитываются.

{width=55%}

Удельная мощность определяется как произведение низшей теплоты сгорания, удельной массовой скорости выгорания и коэффициента полноты сгорания, характеризующие материал объекта, на котором расположен элемент «Очаг пожара». Эти свойства материала задаются на вкладке Пожароопасные свойства в Редакторе веществ и материалов.

{width=70%}

В свойствах элемента «Очаг пожара» также можно задать моменты времени начала и окончания его работы (горения).

При моделировании огонь возникнет в момент времени, указанный в настройках очага, и будет распространяться из центральной точки очага пожара со скоростью, равной линейной скорости распространения пламени, указанной в редакторе веществ и материалов для материала, из которого выполнен объект, на котором расположен элемент «Очаг пожара».

Если линейная скорость распространения пламени указана равной нулю, то очаг пожара вспыхнет целиком одновременно. Именно такая скорость в редакторе веществ и материалов указана по умолчанию для жидких горючих веществ.

Во входной файл FDS для очага пожара, разгорающегося с конечной скоростью, попадёт код, подобный следующему:

&SURF ID='1' FYI='Ochag pozhara 1' HRRPUA=180.792 COLOR='RED'/

&VENT XB= -1.5, 0, 1.5, 3.25, 0.5, 0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=  0.625, 2.375, 0.5 CTRL_ID='2'/

&CTRL ID='2' FUNCTION_TYPE='CUSTOM' INPUT_ID(1:1)='CLOCK' RAMP_ID='3' LATCH=.False./

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=29 F=-1/

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=31 F=1/

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=599 F=1/

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=601 F=-1/

Здесь параметр HRRPUA группы SURF отвечает за удельную мощность очага, параметр SPREAD_RATE группы VENT – за линейную скорость распространения, а XYZ – начальная точка горения, лежащая в плоскости элемента VENT, и находящаяся в центре ближайшей к геометрическому центру VENT грани расчётной сетки.

{width=50%}

Параметры группы CTRL и RAMP отвечают за управление временем начала и окончания горения, которые в данном случае соответствует 30-й и 600-й секундам.

Если очаг вспыхивает целиком одновременно, то в группе VENT параметры SPREAD_RATE и XYZ будут отсутствовать.

Дополнительные возможности

В окне Параметры моделирования пожара можно указать дополнительные настройки очага пожара:

1. Уменьшать скорость выгорания в два раза;

2. Распространение пламени на боковые поверхности.

{width=80%}

1. «Уменьшать скорость выгорания в два раза»

Возможность уменьшить скорость выгорания в два раза сработает, если автоматические установки пожаротушения (АУП) выполнены по нормам.

Для проекта типа Гражданский объект информация об АУП указывается в свойствах Здания.

{width=75%}

Для проекта типа Производственный объект информация об АУП указывается для Помещения в окне Экспликация помещений.

{width=60%}

Причём должна быть указана соответствующая нормам АУП, разумеется, при её наличии.

{width=80%}

Уменьшение скорости выгорания в два раза отразится при описании очага пожара в файле FDS в уменьшении в два раза параметра HRRPUA группы SURF.

2. «Распространение пламени на боковые поверхности»

Нужно учитывать, что размеры элементов могут изменяться при формировании входного файла для FDS, поскольку любой объект в FDS должен иметь размеры, кратные размеру ячейки расчётной сетки. Очаг пожара в файле FDS представляется с помощью VENT. Объект VENT имеет прямоугольную форму и занимает целое число граней расчётной сетки. Элемент, на котором расположен очаг пожара, в файле FDS представляется с помощью объектов OBST, которые занимают целое число ячеек.

Размеры объектов в FDS зависят от исходных размеров элементов сценария, а также от размера ячейки расчётной сетки. В итоге, после преобразования элементов сценария в объекты FDS, очаг пожара и объект, на котором он размещён, могут иметь или не иметь общие границы.

Боковые поверхности очага пожара так же, как и его горизонтальная поверхность, представляются с помощью VENT, и появляются только на тех боковых гранях OBST, где граница горизонтального VENT совпадает с границей OBST, на которых она «лежит».

Рассмотрим «Очаг пожара», лежащий на «Твёрдом теле» непрямоугольной формы.

{width=55%}

Ниже показано, как такой сценарий будет представлен в FDS. Боковые грани очага пожара появились только там, где граница горизонтального VENT совпадает с границей OBST.

{width=55%}

Боковая грань очага пожара не появится также в том месте, где к объекту, на котором расположен очаг, примыкает другой объект, например, стена.

{width=60%}

Боковые поверхности загораются не одновременно с верхней поверхностью очага пожара. На рисунке ниже показана развёртка очага пожара, когда пламя может распространяться на боковые поверхности.

{width=50%}

Обозначим линейную скорость распространения пламени через V.

Изначально пламя распространяется из центра верхней грани (точка C) во все стороны. Через время a/2/V пламя достигнет точек B1 и B2. В этот момент, по заложенной в Fenix+ 3 модели, начнётся горение двух соответствующих боковых граней из точек B1 и B2. Аналогично, через время b/2/V пламя достигнет точек A1 и A2. В этот момент начнётся горение двух соответствующих боковых граней из точек A1 и A2.

Так же, как и верхней грани очага пожара, боковым граням в файле FDS соответствует группа параметров VENT. Линейная скорость (SPREAD_RATE) на боковых гранях такая же, как на верхней, а начальные точки (XYZ) соответствуют координатам точек A1, A2, B1 и B2. Времена начала горения в этих точках задержаны по отношению к началу горения точки C на величины, обоснованные выше.

Во входном файле FDS очаг пожара с боковыми гранями будет представлен подобным образом:

Общие настройки

“Zdanie 1” - “Tverdoe telo 1”

&OBST XB= -1.75, -0.5, 2.25, 3.5, 0, 0.5 RGB=191,191,191/

Ochag pozhara 1

&SURF ID='1' FYI='Ochag pozhara 1' HRRPUA=180.792 COLOR='RED'/

Верхняя грань

&VENT XB=-1.75,-0.5,2.25,3.5,0.5,0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=  1.125,2.875,0.5 CTRL_ID='2'/

&CTRL ID='2' FUNCTION_TYPE='CUSTOM' INPUT_ID(1:1)='CLOCK' RAMP_ID='3' LATCH=.False./

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=-1 F=-1/

&RAMP ID='3' FYI='Ochag pozhara 1' T=1 F=1/

Одна пара боковых граней

(Напомним, что если с одной стороны к твёрдому телу, на котором расположен очаг примыкает другой объект, то может быть только одна боковая грань. Также может не быть обеих боковых граней, если с двух сторон к очагу примыкают посторонние объекты)

&VENT XB=-1.75,-1.75,2.25,3.5,0,0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=-1.75,2.875,0.25 CTRL_ID='4'/

&VENT XB=-0.5,-0.5,2.25,3.5,0,0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=-0.5,2.875,0.25 CTRL_ID='4'/

&CTRL ID='4' FUNCTION_TYPE='CUSTOM' INPUT_ID(1:1)='CLOCK' RAMP_ID='5' LATCH=.False./

&RAMP ID='5' FYI='Ochag pozhara 1 side X ramp' T=35.4 F=-1/

&RAMP ID='5' FYI='Ochag pozhara 1 side X ramp' T=37.4 F=1/

Фактически, боковые VENT появятся в момент времени 36.4 с.

Вторая пара боковых граней

&VENT XB=-1.75,-0.5,2.25,2.25,0,0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=-1.125,2.25,0.25 CTRL_ID='6'/

&VENT XB=-1.75,-0.5,3.5,3.5,0,0.5 SURF_ID='1' SPREAD_RATE=0.0154 XYZ=-1.125,3.5,0.25 CTRL_ID='6'/

&CTRL ID='6' FUNCTION_TYPE='CUSTOM' INPUT_ID(1:1)='CLOCK' RAMP_ID='7' LATCH=.False./

&RAMP ID='7' FYI='Ochag pozhara 1 side Y ramp' T=41 F=-1/

&RAMP ID='7' FYI='Ochag pozhara 1 side Y ramp' T=43 F=1/

Указать максимальную площадь горения»

Если у очага пожара активировано свойство «Указать максимальную площадь горения», то в поле «Максимальная площадь горения» можно задать максимальную площадь горения, отличающуюся от площади нарисованного очага. При этом очаг пожара будет гореть целиком, а не разгораться из точки. Мощность горения будет увеличиваться по квадратичному закону от нуля до максимального значения, которое бы имел очаг с площадью, указанной в поле «Максимальная площадь горения». Закон увеличения мощности будет соответствовать круговому распространению пожара с соответствующей выбранному материалу линейной скоростью распространения пламени.

Зная линейную скорость распространения пламени (V) и максимальную площадь горения (S_max), можно определить время, за которое пожар достигнет указанной площади при круговом распространении.

t = (Smax/π)1/2 / V

Во входном файле FDS квадратичный закон изменения мощности очага пожара задаётся посредством свойства TAU_Q группы параметров SURF:

&SURF ID='1' FYI='Ochag pozhara 1' HRRPUA=1000 TAU_Q = −300/

Здесь TAU_Q задаёт время, в течение которого будет происходить нарастание мощности. Знак минус указывает FDS на квадратичный закон нарастания. HRRPUA здесь соответствует максимальной удельной мощности горения, которая должна быть достигнута к моменту TAU_Q.

HRRPUA для данного случая нужно рассчитывать следующим образом.

Пусть:

• HRRPUA0 - удельная мощность горения, которая соответствует используемому в очаге пожара материалу, и равная произведению низшей теплоты сгорания, удельной массовой скорости выгорания и коэффициенту полноты сгорания;
• S_факт – фактическая площадь очага пожара;
• S_max – максимальная площадь горения, указанная в свойствах очага пожара.

Тогда:

HRRPUA = HRRPUA0 · S_max / S_факт

Приведём пример, как во входном файле FDS будет представлен очаг пожара с S_факт = 1 м² и S_max = 1 м² для материала с линейной скоростью распространения пламени 0,0068 м/с.

&SURF ID='1' FYI='Ochag pozhara 1' HRRPUA=686.939 COLOR='RED' TAU_Q=−82.9690564040818/
&VENT XB=0,1,0,1,0.5,0.5 SURF_ID='1'/

Если увеличить S_max до 10 м², то во входном файле FDS произойдут следующие изменения: HRRPUA увеличится в 10 раз, а время разгорания в (10)1/2 ≈ 3.16 раз.

&SURF ID='1' FYI='Ochag pozhara 1' HRRPUA= 6869.39 COLOR='RED' TAU_Q=−262.371193551878/
&VENT XB=0,1,0,1,0.5,0.5 SURF_ID='1'/ 

Приведём для иллюстрации график нарастания мощности очага для S_max = 1 м². Видно квадратичное возрастание мощности вплоть до момента TAU_Q ≈ 83 c.

{width=80%}

Когда мощность горения достигает максимального значения, соответствующего максимальной площади горения, дальнейшее увеличение мощности прекращается, и очаг продолжает гореть с фиксированной мощностью.

Если в Параметрах моделирования пожара активировано свойство Распространение пламени на боковые поверхности, то вместе с верхней поверхностью очага будут гореть и боковые грани, но описанный выше закон увеличения мощности горения очага (в сумме по всем граням) сохранится.

Свойство «В огне»

У элементов сценария Fenix+ 3, имеющих свойство «Материал», в случае, если материал горючий, доступно свойство «В огне».

{width=80%}

Активация свойства «В огне» приведёт к тому, что при моделировании элемент будет покрыт поверхностью (группа SURF) с удельной мощностью горения (параметр HRRPUA), равной мощности горения выбранного материала.

&MATL ID='1' FYI='Derevo + oblicovka' CONDUCTIVITY=1 DENSITY=1000 HEAT_OF_COMBUSTION=14400 SPECIFIC_HEAT=1/

&SURF ID='2' HRRPUA=180.792 THICKNESS=0.2 RGB=193,191,180 MATL_ID='1'/

&OBST XB=0.75,0.75,1,1.25,0,3 SURF_ID='2'/

Элемент будет охвачен пламенем сразу и целиком.

{width=65%}

Такой способ создания очага пожара может применяться в случаях, когда не требуется моделировать постепенное разгорание. То есть в случаях, когда элемент охватывается пламенем очень быстро, а также, когда результаты моделирования до момента полного разгорания элемента не интересны. Второй случай типичен при измерении теплового потока, падающего на здание, при пожаре в соседнем здании.

Затухание пламени при выгорании кислорода и понижении температуры

Выгорание кислорода и понижение температуры в помещении с очагом пожара приводит к затуханию пламени. Система FDS позволяет выбрать способ моделирования такого затухания: более грубый, но менее вычислительно затратный, или более реалистичный, но более медленный при расчёте.

По умолчанию в Fenix+ 3 используется более быстрый способ, а в FDS файле в группе параметров COMB добавляется параметр SUPPRESSION = .False.

&COMB SUPPRESSION=.False./

Чтобы выбрать более точный способ моделирования, в Параметрах моделирования пожара нужно установить флажок Тушение пламени.

{width=80%}

При этом в FDS файле в группе параметров COMB параметр SUPPRESSION упомянут не будет. По умолчанию, он имеет значение «истина», что эквивалентно строке

&COMB SUPPRESSION=.True./