Лабораторная работа. лаб 3.2 новая. Методическая разработка для проведения лабораторной работы по дисциплине Прогнозирование опасных факторов пожара
 Скачать 261.76 Kb.
|
|
МЧС РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ» Кафедра пожарной безопасности в строительстве УТВЕРЖДАЮ Заведующая кафедрой пожарной безопасности в строительстве, д.п.н., доцент _______________О.А. Мокроусова «_____»________________20___ г. МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА для проведения лабораторной работы по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» РАЗДЕЛ № 1 «Интегральная математическая модель пожара в помещении» ТЕМА № 3. «Газообмен помещений и теплофизические функции, необходимые для замкнутого описания пожара» ЗАНЯТИЕ 3.2 «Исследование естественного газообмена при пожаре» Формируемые компетенции: • способен осуществлять виды профессиональной деятельности на объектах различного функционального назначения, включая опасные и особо опасные объекты в сфере надзорной деятельности, профилактической работы и охраны труда, экологической безопасности (ОПК-1); • способен решать прикладные задачи в области обеспечения пожарной безопасности, охраны окружающей среды и экологической безопасности используя теорию и методы фундаментальных наук (ОПК-3); • способен формулировать и решать научно-технические задачи по обеспечению безопасных условий и охраны труда в области пожарной безопасности, ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, спасения человека, защиты окружающей среды (ОПК-11); • способен понимать принципы работы современных информационных технологий и использовать их для решения задач профессиональной деятельности (ОПК-12); • способность понимать основные закономерности процессов возникновения горения и взрыва, распространения и прекращения горения на пожарах, особенностей динамики пожаров, механизмы действия, номенклатуру и способов применения огнетушащих веществ и составов (ПК-1). Цели занятия: Учебные – ознакомиться с компьютерной программой КИС РТП,исследовать изменение параметров естественного газообмена при пожаре в их связи между собой. Воспитательные – воспитывать стремление к более углубленному изучению материала. Развивающие – развивать способность к творческому мышлению - сопоставлять исходные данные и алгоритм решения подобных задач. Время: 80 минут. Метод проведения: виртуальная лабораторная работа. Место проведения: компьютерный класс. Материальное обеспечение: 1. Персональный компьютер с установленной на каждом ПК компьютерной программой «КИС РТП»; 2. Субачева, А. А. Прогнозирование опасных факторов пожара [Текст] : лабораторный практикум Специальность 20.05.01 Пожарная безопасность. Направление подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность /сост. А. А. Субачева, Д. И. Терентьев, И. Г. Коснырева. – Екатеринбург : Уральский институт ГПС МЧС России, 2018. – 64 с. 3. Субачев С.В., Субачева А.А. Компьютерная имитационная система развития и тушения пожаров в зданиях: руководство пользователя. – Екатеринбург, 2009. – 15 с. ПЛАН ЗАНЯТИЯ 1. Подготовка к занятию: Накануне лабораторной работы слушателям выдаются рекомендации, задание на подготовку и выполнение лабораторной работы, список рекомендуемой литературы. 2. В день проведения занятий: Организационная часть занятия (7 мин): Принимается рапорт о готовности группы к выполнению лабораторной работы, проверяется внешний вид слушателей; отмечаются в журнале отсутствующие. Объявляется тема, учебные вопросы и цели, план занятия, выдаются варианты работы. Проводится инструктаж по правилам охраны труда в период проведения лабораторной работы под роспись в журнале учета инструктажей по правилам охраны труда. Основные этапы проведения лабораторной работы: 1. Собеседование и проверка теоретических знаний по вопросам, данным для подготовки к занятию (10 мин); 2. Проведение эксперимента (55 мин). 3. Проверка результатов исследований и при их соответствии теоретическим положениям оформление отчета по лабораторной работе, определение сроков сдачи отчетов (15 мин). Заключение: подводится итог занятия, выдается задание на самоподготовку (3 мин). Расчет учебного времени №№ п/п Отводимое время, мин 1 Организационная часть занятия 5 2 Собеседование и проверка теоретических знаний по вопросам, данным для подготовки к занятию 10 3 Проведение эксперимента 50 4 Оформление отчета по лабораторной работе, ответы на контрольные вопросы 10 5 Заключительная часть занятия 5 Задание на самоподготовку 1. Оформить отчет по лабораторной работе. 2. Вопросы для подготовки к следующему занятию. 3. Сделать заготовку для отчета к следующей лабораторной работе. Методическую разработку составили: доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве, к.п.н., доцент подполковник внутренней службы _____________ А.А. Субачева доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве, к.х.н., доцент _____________ Д.И. Терентьев Обсуждено на заседании кафедры пожарной безопасности в строительстве «__» _________ 20___ г., протокол № __ Вопросы и рекомендации для подготовки к текущему занятию Перед выполнением лабораторной работы курсанты должны изучить соответствующего теоретического материала дисциплины. Лабораторные работы в учебных группах проводятся в соответствии с расписанием занятий в институте и в течение определенного времени. Чтобы своевременно выполнить работу и подготовить отчет, каждый курсант или слушатель должен руководствоваться следующим: 1) знать по расписанию занятий дату проведения очередной лабораторной работы; 2) заблаговременно ознакомиться с её описанием и установить, в чем состоит основная цель и задачи этой работы; 3) до выполнения лабораторной работы по лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной работе, а также порядок её выполнения и содержание отчета; 4) подготовить соответствующие схемы, таблицы, расчетные формулы, ознакомиться с руководством пользователя компьютерных программ которые будут использоваться при выполнении лабораторной работы. Для подготовки к текущему занятию необходимо проработать следующие теоретические вопросы: 1. Причины, обуславливающие газообмен помещения с внешней средой. 2. Плоскость равных давлений и режим работы проема. 3. Массовые расходы уходящих и поступающих через вертикальный проем газов. Руководство по подготовке, проведению и описанию результатов эксперимента «Исследование естественного газообмена при пожаре» Цель работы: ознакомиться с компьютерной программой КИС РТП, исследовать изменения параметров естественного газообмена при пожаре в их связи между собой, а также с геометрическими характеристиками проемов. Основные теоретические сведения Пожар сопровождается интенсивным нагревом газовой среды в помещении. При этом возникают перепады давления, под действием которых происходит истечение нагретых газов из помещения наружу и приток воздуха извне. Совокупность этих процессов называется газообменом помещения при пожаре. В отличие от искусственного газообмена, при котором движение воздуха и нагретых газов происходит в результате работы каких-либо технических систем, причиной естественного газообмена являются сопровождающие пожар теплофизические процессы. В соответствии с законами гидростатики величина Р разности давлений внутри и снаружи помещения зависит от высоты Y и выражается формулой ( ) ( ) h Y g P P P m a a m − − + − = , (1.1) где Р m и Р а – соответственно статические давления внутри и снаружи помещения на уровне половины его высоты h; a и m – соответственно плотность газа снаружи и внутри помещения; g – ускорение свободного падения. Значение Y отсчитывается от уровня пола (рис. 1.1). Рис. 1.1. Схема газообмена и эпюра давлений Как видно из формулы (1.1), величина Р складывается из двух составляющих: разности статических давлений Р m и Р а на высоте h и разности плотностей a и m . В большинстве случаев обе составляющие приблизительно равновесомы, но могут быть и исключения. Если 0 m − a , то всегда существует некоторая высота Y, на которой давления внутри и снаружи помещения одинаковы (Р=0). Эта высота называется высотой нейтральной плоскости Y н (или плоскости равных давлений – ПРД), и исходя из выражения (1.1), рассчитывается по формуле m a a m н P P h- Y − − = . (1.2) Анализ выражения ( ) ( ) н m a a m Y Y g P P P − − + − = (1.3) показывает, что при Y > Y H величина Р имеет один знак, а при Y < Y H – противоположный. Так как знак Р определяет направление движения газов, то ясно, что направления движения потоков выше и ниже нейтральной плоскости противоположны. Как правило, m a , поэтому выше нейтральной плоскости происходит истечение газов из помещения, а ниже – приток воздуха в него. Если какой- либо проем целиком расположен выше или ниже нейтральной плоскости, то направление движения потока через него неизменно по всему сечению проема. Если же нейтральная плоскость пересекает проем, то режим газообмена через него будет двусторонним (смешанным). При пожаре значение Р m меняется во времени, т.е. нейтральная плоскость перемещается сложным образом. Это приводит к изменению расходов поступающего воздуха и истекающих газов, во-первых, непосредственно за счет изменений Р m и m , во-вторых, за счет изменения Y H и режима работы отдельных проемов. При разрушении остекления картина газообмена меняется скачкообразно. Таким образом, процесс естественного газообмена при пожаре достаточно сложен и определяется динамикой температуры и других параметров. В свою очередь, газообмен тоже влияет на изменение этих параметров, причем весьма существенно. В этом ещё раз отчетливо проявляется неразрывная связь всех протекающих при пожаре процессов, которая не позволяет рассматривать их изолированно один от другого. Порядок выполнения работы С помощью компьютерной программы «КИС РТП» провести моделирование пожара в помещении с одним открытым проемом, двумя открытыми проемами и с переменной проемностью. 1. Создать новый файл и ввести план помещения согласно рисунку 1.2. и таблице 1.1. 2. В настройках интегральной модели установить значения по умолчанию, затем установить высоту помещения и геометрические характеристики проемов, указанные в таблице 1.1. 3. Установить параметры двери и окон, а также температуру вскрытия остекления согласно таблице 1.2. 4. Провести эксперимент №1, экспортировать данные об изменении среднеобъёмной температуры, объемного и массового притока и оттока воздуха в соответствующие файлы: «Температура – Эксперимент1.csv»; «Объемный приток в-ха – Эксперимент1.csv»; «Объемный отток в-ха – Эксперимент1.csv»; «Массовый приток в-ха – Эксперимент1.csv»; «Массовый отток в-ха – Эксперимент1.csv». 5. Повторить п.п.3, 4 для экспериментов №2 и №3. 6. По полученным результатам трех экспериментов с помощью программы Microsoft Excel построить графики (по три кривых на каждом графике) зависимости от времени среднеобъёмной температуры, объемного и массового притока и оттока воздуха, затем распечатать их или перечертить и приложить к отчету. Рисунок 1.2 – План помещения Содержание отчета 1. Тема, цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Исходные данные (табл. 1.1, 1.2). 4. План-схема помещения. 5. Графики (по три кривых на каждом графике): – изменение среднеобъемной температуры во времени; – изменение объемного притока воздуха во времени; – изменение объемного оттока воздуха во времени; – изменение массового притока воздуха во времени; – изменение массового оттока воздуха во времени. 6. Ответы на контрольные вопросы. Таблица 1.1 Данные для моделирования № в ар иа нта Помещение Дверь Окна дли на , м ши ри на , м вы сота, м горюча я на груз ка * ни жн ий сре з, м ве рхн ий сре з, м ши ри на , м ни жн ий сре з, м ве рхн ий сре з, м обща я ши ри на , м 1 6 4 2,6 1 0 2 1,0 0,8 2,0 3 2 8 4 3 2 0,9 2,5 4 3 5 5 3,5 3 1,0 3,0 4 4 7 4 2,6 4 1,0 2,0 3 5 6 3 3 1 1,1 2,5 4 6 6 4 4 2 1,2 3,0 5 7 8 4 2,6 3 1,2 2,0 4 8 6 4 3 4 1,3 2,5 4 9 8 4 4 1 1,4 3,0 5 10 5 5 2,6 2 0,8 2,0 3 11 6 4 3,5 3 0,9 2,5 4 12 8 4 2,8 4 1,0 3,0 5 13 6 3 2,6 1 1,0 2,0 3 14 8 3 3 2 1,1 2,5 4 15 5 3 3,5 3 1,2 3,0 3 16 7 3 2,6 4 1,2 2,0 3 * Типовая горючая нагрузка из базы данных программы КИС РТП: 1 – «Здание I-II СО; мебель + бытовые изделия»; 2 – «Издательство, типография»; 3 – «Цех деревообработки»; 4 – «Склад бумаги в рулонах». Размеры площадки, занятой горючей нагрузкой, принять на 1 м меньше длины и ширины помещения. Источник зажигания расположить в центре. Таблица 1.2 Компьютерные эксперименты № эксперимента 1 2 3 Дверь закрыта открыта открыта Окна закрыты закрыты открыты Вскрытие остекления, °С 300 900 – Контрольные вопросы 1. Какие физические факторы приводят к возникновению естественного газообмена при пожаре? 2. Каков физический смысл понятия высоты нейтральной плоскости? От каких параметров она зависит и всегда ли существует? 3. Чем определяется режим газообмена каждого проема, и каким он может быть? 4. В чем сложность картины газообмена при пожаре? Можно ли рассчитать газообмен, не зная температурного режима пожара и наоборот? 5. Объясните причину различия одноименных кривых на каждом графике и взаимосвязь кривых на различных графиках. 6. Почему при квазистационарном режиме пожара разница между расходом истекающих газов и расходом втекающего воздуха равна скорости газификации горючей нагрузки? Является ли этот факт общей закономерностью пожара или он отражает лишь особенность конкретного расчета? Вопросы для подготовки к следующей лабораторной работе по теме «Исследование динамики опасных факторов пожара при объемном тушении инертным газом» 1. Особенности применения интегральной модели для прогнозирования ОФП. 2. Модификация базовой математической модели для учета влияния объемного газового тушения. Дополнительное уравнение баланса. 3. Влияние концентрации огнетушащего вещества на скорость выгорания. 4. Модификация базовой математической модели для учета тушения распыленной водой. |