Вторник, 17 июня 2014 11:16

Моделирование пожаров и вариантов их ликвидации

Автор
Оцените материал
(19 голосов)

Для предотвращения возгорания на любом объекте или в природно-климатической зоне (территории) следует заранее разработать и предусмотреть возможный вариант развития пожара. Это позволит быстро и эффективно ликвидировать огонь ввиду знаний особенностей развития возгорания и его распространения по наиболее уязвимым и пожароопасным местам. Поэтому моделирование пожаров носит двоякую цель: и разработка профилактических мер по защите объекта от возгорания (установка специализированных систем, разработка противопожарного режима), и ускоренная ликвидация огня при его возникновении. Этому немало способствовало быстрое развитие компьютерных технологий.

 

Научно-практические основы моделирования

Наиболее простые способы моделирования возможного пожара носят название вербальных. Они включают в себя описание возгорания, изменения температуры в помещении, появлении продуктов горения, аккумуляции тепла конструктивными элементами и оборудованием, в результате чего происходит деструкция сгораемых частей.

Ввиду распространения огня происходит его расширение на другие площади и объекты. Поэтому для ликвидации пожара необходимо одновременно принимать все средства для его локализации при обеспечении одновременной эвакуации материально-технических ценностей. Для этого одновременно применяют методические и практические способы изучения пожара, базирующиеся на основе физико-математических наук, механики, материаловедения и пр. На основе полученных данных требуется изучить и разработать теорию возникновения пожара, его возможного развития и способов ликвидации.

Поэтому еще на этапе проектирования объекта следует определить его огнестойкость, разместить в наиболее пожароопасных местах датчики, системы оповещения, пожаротушения и дымоудаления, разработать примерный план эвакуации людей. Тепломассообмен в зданиях позволяет линейным способом решить вопрос распространения пламени, хотя он и характеризуется определенными неточностями ввиду многофакторности и трёхмерности протекания процесса.

Турбулентность лучистых и конвективных потоков приводит к неоднородному формированию полей горения в результате температурных и концентрационных изменений. Это является одним из интересных направлений тепло- и нелинейной физики ввиду невозможности соблюдения высокой точности математического моделирования данных процессов. Наиболее часто используемым является комплекс дифференциальных уравнений Навье-Стокса, описывающих сохранение импульса и массы в области гидроаэромеханики. Но для полного описания динамики пожара следует добавить уравнения, связывающие энергию, температурно-плотностный фактор и давление в зоне поражения.

Программное обеспечение для моделирования

В настоящее время разработаны программные комплексы, позволяющие создавать и разрабатывать сложные многофакторные модели пожаров в полевом режиме. Всего известно более 150 моделей развития пожара, включающих процессы тепломассопереноса, возгораемости веществ и строительно-конструктивных элементов. Поэтому разработка данных моделей должна включать в себя особенности эвакуации людей и животных в ЧС, создания приборов с повышенной пожаробезопасностью. Для обеспечения пожарной безопасности зданий, людей, технологических процессов следует предусмотреть использование современных средств пожарной защиты в программном комплексе.

Но для ряда прикладных задач требуются упрощенные интегральные модели, характеризующие изменение газовой среды при возгорании. При этом шаги вычисления включают в себя разработку и усреднение параметров, после чего определяют такие балансы, как материальный, кислородный, энергии пожара, продуктов горения и инертных газов. Вычисление производится на базе фактических данных среды перед пожаром. Это и является математическим вычислением интегральной модели пожара. Интегральную модель лучше применять, разбив помещение на несколько зон, поскольку она характеризует нарастание факторов пожара и позволяет определить его продолжительность.

Для более сложных объектов с высокой вероятностью возникновения пожара (шахты, предприятия нефтегазовой отрасли, транспорт, возгорания в лесных и степных массивах) моделирование следует осуществлять с одновременной оценкой тепловой мощности возгорания за единицу времени. Это позволит точно определить параметры тепломассообмена и разработать меры для ликвидации огня. Имитационные модели прогнозирования пожара должны включать в себя стохастическое описание с элементами построения вероятностной картины и использования коэффициента детерминации.

Для пожаров, возникающих в лесах, также приняты три способа моделирования возгораний: теоретико-математический, эмпирический и полуэмпирический. Теоретические модели представляют собой комплекс уравнений, описывающих горение согласно законам тепломассопереноса, газовой динамики и физико-химических уравнений. Эмпирические модели отличаются конкретизацией данных, в число которых входит скорость распространения огня при определенных параметрах, и позволяют сделать высокоточный прогноз только для данной конкретной ситуации. Полуэмпирическое моделирование сочетает в себе свойства первого и второго, но имеет высокую степень верификации ввиду обобщения теоретико-экспериментальных данных. Моделирование лесных пожаров включает в себя разработку моделей возгорания, распространения огня и сочетанных комплексных, учитывающих оба фактора.

Особенности прогнозирования на природных объектах и предприятиях

Программные комплексы, описывающие пожар в природных условиях, позволяют произвести также геовизуализацию. Это производится путем накладки реальных карт местности на возможный фронт возгорания, после чего производится отрисовка контуров и расчёт условий протекания пожара. Благодаря чёткому алгоритму ПК прогностически обосновывают динамику пожара, разрабатывают меры по предупреждению возгорания, визуализируют многофазные показатели окружающей среды (температура, продукты пиролиза, газовая фаза во временной динамике). Поэтому при ее помощи можно разрабатывать противопожарные меры по формированию лесопожарных разрывов (включая условно негоримые участки леса), заслонов для огня, размещению средств ликвидации пожара.

На объектах промышленного комплекса, относящихся к потенциально опасным, ввиду использования специфических технологий и наличия на их территории веществ и материалов с взрывоопасными характеристиками, также осуществляется математическое моделирование. Для этого вводится информация, описывающая технологическое состояние предприятия, его технические ресурсы, картографические особенности и статистические данные об ОПО. Виртуальный прогноз позволяет минимизировать ущерб от возможной ЧС или предотвратить её.

Подобную информационную систему ГИС «Экстремум» разработали российские специалисты. Такая математическая модель предусматривает расчёт затрат в результате катастрофы и позволяет рассчитать параметры рациональной стратегии на предприятии путём повышения надёжности системы противопожарной защиты, выполнения мониторинга или введения средств для создания надежной защиты от возгораний.

Поэтому разработка моделей пожара является важным инструментом практической части работы пожарных ввиду определения возможных сценариев развития возгорания. Применение современных компьютерных средств с использованием соответственного программного обеспечения для отрасли, предприятия, природного объекта или здания позволяет максимально эффективно проводить профилактику пожаров, выполнять их локализацию и тушение.

share and comment

Прочитано 4304 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что Вы ввели всю требуемую информацию, в поля, помеченные звёздочкой (*). HTML код не допустим.