КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Описание на интегриран математически модел на огъня в стаята




Integral модел огън предоставя информация, т.е. прави прогноза за средните стойности на параметрите на състоянието на околната среда в помещението за всяко време на пожара. По този начин, за да се сравнят средните (т.е. среден обем) параметрите на околната среда в техните граници в зоната на работа, се използва формулата, получени от експериментални изследвания на пространственото разпределение на температурата, концентрацията на продуктите на горенето, оптичната плътност на дим и т.н.

Газ носител, който изпълва стаята с отвори (прозорци, врати и т.н.), като обект на изследване е отворена термодинамична система.

Тази система взаимодейства с околната среда чрез топлината - и маса. Предполагаме, че в началния етап на процеса на развитие чрез някои противопожарни отвори се избута от стаята отопляеми газове и студения въздух (фиг. 1.1) се подава през другата. Количеството вещество в отворена термодинамична система под внимание при смяната на времето. Термодинамична система извършва работа чрез натискане отопляеми газове към външната атмосфера. Получаване на студен въздух в резултат на проникването на работата, която прави външната среда. Това термодинамична система също взаимодейства с опазване на проекти чрез топлообмен. Освен това в тази система от повърхността на горящия материал се доставя под формата на газообразните продукти на горенето съединение. Може да се лекува термодинамични промени системата в резултат на взаимодействие с околната среда. В неразделна метод за описване на процеса на промяна на състоянието на една термодинамична система в процес на разглеждане, направи две предположения.

Фиг. 1.1. Схема интегриран вътрешен модел пожар

Първо, винаги с висока степен на точност да се предположи, че атмосферата на газ вътре в сградата по време на пожар е смес от идеалните газове.

На второ място, във всяка точка на местната равновесие на закрито се реализира във всеки даден момент. Това означава, че местните стойностите на основните термодинамични параметри на държавната (плътност, налягане, температура) са свързани помежду си Клапейрон уравнение, т.е.

P = RRT,

Р е местно налягане, N · m 2;

R - местен плътност, кг м -3;

R е специфичната газова константа, J · (кг · K) -1;

Т е местно температура, К.

Предполагаме, че в момента на терена на огън на местните термодинамични държавни параметри са извънболнична и нееднородни. Изчисляването на тези области е изключително сложен математически проблем. Integral метод за описване на състоянието на околната среда в помещението прави възможно да не помисли за този проблем.

В неразделна метод за описване на състоянието на една термодинамична система, която е за атмосферата в стаята, използвайте "интегрирани" параметри статус - като общото тегло на околната среда газ и вътрешната си топлина. Съотношението на тези две интегрални параметри позволява да се изчисли средна степен на нагряване на средата за газ. В развитието на стойността на пожар на тези интегрални параметри на промяната на държавата.



Термодинамична функция на тази система (т.е. газовата среда в стаята) е, че обем (т.е., пространствената конфигурация) остава практически непроменен по време на разработването на пожар. В тази връзка, вместо на по-горе споменатите интегрални параметри на държавата трябва да се използва в изследването на процеса на промяна на състоянието на термодинамична система средното параметри - означава обемна плътност на средата за газ и при среден обем (специфична) вътрешна енергия.

Том средна плътност на газовата среда в стаята е съотношението на масата на газ, която запълва пространството на обема на пространството, т.е.

P m = M / V,

M - маса на газа изпълва стаята, кг;

V - свободен обем на помещението, m3;

Имайте предвид, че

М = ,

От формална гледна-средна вътрешната енергия на газовата среда е резултат от средно над обема на стойностите на местните плътност, т.е.

,

Атмосферата в залата е смес от кислород, азот и горивни продукти. В процеса на развитие на пожар между съотношението на компонентите на промените на сместа. В неразделна метод за описване на процеса на промяната в масата и -gokomponenta смес за време използва параметър наречен частично средната обемна плътност на I-ти компонент на сместа.

Частичен обем средна плътност -gokomponenta аз представлява съотношението на масата на аз-ти компонент на сместа (напр O 2), съдържаща се в пространството на обем, обем на помещението, т.е.

,

M, - маса на аз-ти компонент на закрито кг.

Имайте предвид, че от формална гледна точка на обема на средния частичен плътност на аз-ти компонент на е резултат от средно над обема на помещението всички местни стойности на частична плътност на компонента, т.е.

,

р, - местната стойност на плътността на частично I-ти компонент, кг · М -3.

При среден обем (специфични) вътрешен енергиен е съотношението на вътрешния топлина всички газа, който изпълва стаята, на обема на помещението, т.е.

,

ф - вътрешната енергия на пространството за пълнене на газ среда.

От формална гледна-средна вътрешната енергия на газовата среда е резултат от средно над обема на всички стойности на местната плътност (обема) на вътрешната енергия, т.е.

,

Местните стойности на специфичния обем на вътрешната енергия и специфичната маса на вътрешната енергия, свързани прост израз, който изглежда така:

,

ф - местната стойност на специфичната вътрешната енергия на масата на газа, J · кг -1.

Трябва да се отбележи, че между местната стойност на специфичната маса на вътрешната енергия и локалната температура на идеалния газ има проста връзка, а именно,

,

С V - изохорен топлинен капацитет на газ, J · кг -1 · K -1.

В неразделна метод за описване на процеса на промяна на състоянието на една термодинамична система (т.е., на околната среда газ в помещението), вместо на средния обем на използвана състояние параметър на вътрешния енергиен наречен средно налягане. Тези два параметъра, по отношение на официално са взаимозаменяеми. Формулата може да се трансформира с помощта на експресия

,

Ако сега се използва уравнението Клапейрон, че е възможно да конвертирате и да получи следния израз:

,

P - местен натиск, N · m -2;

K - съотношението на изобарен и изохорен топлинен капацитет на идеален газ (адиабатно експонента).

С достатъчна точност може да се разглежда като практика, че адиабатно индекса във всички точки имат една и съща постоянна стойност вътре. Имайки предвид това, можете да конвертирате формулата:

,

Изразът в квадратни скоби е операция на осредняване всички местни натиск върху обема на помещението. В резултат на това осредняване се нарича обем средно налягане, т.е.

,

P м - обем средно налягане, N · m -2.

Сравнявайки изразите, ние получаваме следната зависимост между средната среден обем, вътрешната енергия и налягането:

,

Последната формула означава, че средно налягане на звука е пряко пропорционално на средния обем на вътрешната енергия. Необходима е Volume средно налягане, за да знаем, когато валутните на газ изчисления помещения с външната атмосфера, която ще бъде показана по-късно.

Степента на нагряване на газовата среда се характеризира със средно съотношение на вътрешния енергиен на средата на неговата маса. Съотношението на тези физически количества могат да бъдат представени чрез формули, както следва:

,

Ако лявата и дясната страна на уравнението, разделено на изохорен топлинен капацитет, получаваме следния израз:

,

Сложни изрази от лявата страна има измерение "Келвин". Този комплекс е държавна настройка на термодинамична система под внимание, което се нарича тегло средната температура на газовата среда, т.е.

,

С помощта на експресията може да се превърне формула и резултатът е следното уравнение:

,

Това уравнение се отнася трите параметъра на състояние. На външен вид, това уравнение е същото като уравнението Clapeyron за местните държавни параметри. В бъдеще, уравнението за краткост ще се нарича средно уравнение на състоянието на пространството за пълнене на газ среда.

Това е интересен въпрос за това, как да се изразя средната маса температурата чрез местни стойности на температурата. Този въпрос възниква при определянето на полеви експерименти. Ние се ограничим тук за анализа на този въпрос във връзка с пожари, възникнали без експлозии, придружени от ударни вълни. Отличителна черта на тези пожари е фактът, че стойностите на местната абсолютното налягане във всички точки, в помещенията се различават много малко от средното налягане на звука на всички етапи на развитие на пожара. С други думи, когато съотношението местно абсолютно налягане такива пожари във всяка точка в пространството на-средното налягане не е много различен от единство.

За получаване на формула, която може да се използва за изчисляване на средна температура на известното разпространение на локалната температура на обема на пространството, ние използваме средно уравнение на състоянието, което се трансформира, използвайки уравнението Clapeyron

,

T - местната температура, К.

Имайки предвид, че се превръща в следното:

,

Формулата позволява да се изчисли средна температура, ако знаем, разпределението на местната температура от обема на помещението (например, ако експеримент пълен мащаб измерва местните температури в достатъчно голям брой точки във вътрешността на сградата).

С официална позиция на формулата може да се разглежда като метод за средно всички местни стойности на температурата. Наред с това, на практика, експериментални изследвания пожари метода на осредняване всички местни температурните стойности се използва следната формула:

,

- Средният обем температура, К.

Том средна температура и средна температура на равномерна температура поле са равни помежду си. Когато не-равномерна температура поле тези температури, най-общо казано, не са еднакви. Разликата между тези температури е по-голяма по-голяма нехомогенността на температурното поле.

Естеството на пожар в една стая зависи от местоположението на отвори и техния размер, вида и размера на горими материали, Стенни топлофизичните свойства и други фактори. Пожари в сгради могат да бъдат отделени от групите на позиция termogazodinamicheskih анализ (категории). Пожарите, които са включени в една и съща група, са описани от същите уравнения триизмерна форма и срокове на уникалност. По-специално, пожари могат да бъдат отнесени към една група, само ако се случат с геометрично подобни области. условия подобие могат да бъдат определени с помощта на добре разработени методи за топлинна физика. Един от методите за анализ прилика е метод за привеждане на огъня от уравнения за безразмерна форма.

Аналитичният решение на системата от диференциални уравнения, описващи развитието на огъня, може да се получи само за конкретни случаи. Най-общо, системата се решава числено.

Преди да се пристъпи към численото решаване на уравнения, описващи пожар при горните условия, е препоръчително да донесе огъня уравнения да безразмерна форма.

Диференциални уравнения на огъня, включени в интегрирания модел, формулиран през 1976 г. от проф YA Koshmarovym. По-късно, през 1987 г., Y. на уравнение Koshmarova се допълва от своя ученик Yu Zotov уравнение, описващо в общи линии средната стойност на промяната в концентрацията на оптичен дим с течение на времето.

уравнения Fire потоци, като повечето от уравненията на математическата физика, от основните закони на природата - първи закон на термодинамиката за отворена термодинамична система и закона за запазване на масата.

Първото уравнение - уравнението на материалния баланс на пожар в помещението - това следва от закона за запазване на масата. По отношение на газовата среда запълване на пространството, този закон могат да бъдат формулирани както следва: промяната в масата на газовата среда в стаята за единица време, равен на алгебрични сумата от масовите потоци през границите на термодинамична система. Вътрешният обем на пространството за изгаряне стая се нарича свободен обем пространство и се означава с буквата V; G в - потока на входящия въздух от атмосферата ограждащи помещението, което се провежда в съответния момент във времето на развитие огън, кг / сек; G г - газов поток напуска помещението през отворите в момента в процес на разглеждане, кг / сек; Y - процент burnup (скорост газификация) на горими материали в мига в процес на разглеждане, кг / сек; R M V - масата на газовата среда запълване на пространството в даден момент от време, кг.

За малък период от време, равен на DT, ще има малка промяна в масата на средата за газ. В същото време може да се приеме, че стойностите на G G, G и в Y остават непроменени през този малък период от време. Тогава уравнението на материалния баланс за газовата среда в пространството се записва, както следва:

,

където лявата страна на уравнението е промяната в масата на газовата среда за единица време от интервал, DT. Дясната страна е алгебричната сума от масовите потоци.

По същия начин, може да се получи на диференциално уравнение на кислороден баланс на теглото, баланса и равновесието на продуктите от горенето на оптичната размер на дим.

Уравнението на масовия баланс на кислород:

,

токсични продукти на изгарянето на уравнението баланс:

,

Уравнението на равновесие на оптичната размер на дим:

,

където R 1 - обем средна плътност частично кислород, кг × м -3;

R 2 - частичен-висока от средната гъстота на токсични продукти при горене кг × м -3;

м м - обем средната оптична плътност на дима, H × m -1;

X 1 - тегло част от кислорода във входящия въздух (1 х = 0.27);

- Средната маса фракция на кислород в помещението;

L 1 - стехиометричното съотношение на кислород (количеството кислород, необходимо за единица тегло на изгаряне на горими материали в), кг / кг;

з - ефективност на изгаряне;

N 1 - коефициент като се отчита разликата между концентрацията на кислород в отработените газове от средната концентрация обем на кислород;

L 2 - стехиометрично съотношение за продукт на горене (количество на горене продукт, образуван при изгарянето на единица маса на горим материал), кг / кг;

- Средната маса фракция на токсичен газ в помещението;

N 2 - коефициент като се отчита разликата между концентрацията на токсичен газ в димния газ от средните концентрации обем на този газ;

п 3 - коефициент, като се вземат контраст сметка концентрация оптичен дим в отработените газове от обема на средната стойност на оптичната концентрацията на дим;

F w - площта на оградата (таван, под, стени), m 2;

к в - коефициент на утаяване на димни частици върху повърхностите на заграждения, H × и -1. коефициент на утаяване във физическия смисъл на думата, е скоростта на отлагане на димни частици.

Въз основа на първия закон на термодинамиката могат да показват енергийната уравнение огън.

Смятан термодинамична система, т.е. среда газ вътрешната повърхност на контрол, характеризиращ се с това, че не извършва работата на разширение или друга механична работа. Кинетичната енергия на газова среда привидно движение в стаята е незначителен в сравнение с вътрешната си енергия. Масовите потоци чрез някои от контролните зони повърхност (отвори) се характеризират с това, че тяхната специфична кинетичната енергия на газа е незначително в сравнение със специфичното енталпия.

Въз основа на това, ние получаваме енергия уравнението на пожар

,

В лявата част на това уравнение е скоростта на промяна на вътрешната топлина на газовата среда в помещението за единица време в разглеждане малък DT интервал време, т.е.

, Vt.

Когато аз г - там енталпията на тези продукти.

Посочените по-горе пет диференциални уравнения съдържат шест неизвестни функции - , , , , и , Тази система допълва уравненията алгебрични уравнения - средно уравнение на състоянието.

Първоначалните стойности за тези функции са дефинирани термини, които се провеждат в залата пред огъня, което е,

,

Представено тук за системата от уравнения описва свободно развитие на пожар.