Лабораторная работа. лаб 5.1 новая. Методическая разработка для проведения лабораторной работы по дисциплине Прогнозирование опасных факторов пожара
 Скачать 284.21 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 № 5. «Прогнозирование опасных факторов пожара при тушении пожара с использованием интегрального метода» ЗАНЯТИЕ № 1 «Исследование динамики опасных факторов пожара при объемном тушении инертным газом» 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 – изучить влияние работы систем объемного пожаротушения на динамику опасных факторов пожара. 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 обучающимся выдаются рекомендации, задание на подготовку и выполнение лабораторной работы, список рекомендуемой литературы. 2. В день проведения занятий: Организационная часть занятия: Принимается рапорт о готовности группы к выполнению лабораторной работы, проверяется внешний вид обучающихся; 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; 2. Проведение эксперимента. 3. Проверка результатов исследований и при их соответствии теоретическим положениям оформление отчета по лабораторной работе, определение сроков сдачи отчетов. Заключение: подводится итог занятия, выдается задание на самоподготовку. 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 45 4 Оформление отчета по лабораторной работе, ответы на контрольные вопросы 15 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 обучающиеся 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. 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. Руководство по подготовке, проведению и описанию результатов эксперимента «Исследование динамики опасных факторов пожара при объемном тушении инертным газом» Цель работы: изучить влияние работы систем объемного пожаротушения на динамику опасных факторов пожара. Основные теоретические сведения Установки объемного газового тушения пожаров используются, как правило, в помещениях, содержащих значительные материальные ценности, которые могут быть повреждены при тушении водой, пеной, другими огнетушащими веществами (ОВ). Инертными по отношению к пожару называются ОВ, которые не оказывают непосредственного влияния на процесс горения. Подача в горящее помещение таких ОВ приводит к вытеснению ими кислорода и, таким образом, к снижению интенсивности и прекращению горения. Следовательно, проектирование установок объемного тушения инертным газом самым тесным образом связано с расчетом газообмена. При этом должна быть учтена сложная картина взаимного влияния множества факторов, что практически осуществимо лишь при использовании современных методов математического моделирования пожаров. Метод математического моделирования пожаров наиболее полезен при поверочном расчете проектируемой системы пожаротушения (СПТ). Для учета работы СПТ все уравнения исходной модели необходимо соответствующим образом модифицировать. Так, уравнение материального баланса пожара с учетом работы СПТ будет иметь вид ОВ Г В G G G d dM + − + = , (3.1) где G в – расход воздуха, поступающего в помещение через проемы, кг/с; G г – расход газов, покидающих помещение через проемы, кг/с; ψ – скорость выгорания (скорость газификации), кг/с; ОВ G – массовая подача ОВ. Аналогичные изменения должны быть сделаны и в других уравнениях. Влияние подачи инертного газа на прекращение горения отражено в зависимости удельной скорости выгорания от содержания кислорода в помещении: ( ) ( )( ) K F L G G К Г ПР В УД УД − + + = 1 23 , 0 1 0 , (3.2) где УД − удельная скорость выгорания, кг/(м 2 с); ( ) 0 УД − удельная скорость выгорания на открытом воздухе, кг/(м 2 с); ПР G − массовый расход, создаваемый приточной вентиляцией, кг/с; L 1 − количество кислорода, необходимое для сгорания единицы массы горючего материала, кг/кг; F Г – площадь горения, м 2 ; К − функция режима пожара (ПРН-ПРВ), имеющая вид − = 23 , 0 1 exp 23 , 0 1 1 x C x K C , где 2 23 , 0 12 , 0 1 − − = C ; (3.3) 1 x − средняя массовая доля кислорода в помещении. Процесс прекращения горения взаимосвязан со всеми термодинамическими процессами развития пожара: при снижении концентрации кислорода уменьшается и полнота сгорания горючего материала, и скорость выгорания, и тепловыделение, и скорость распространения пожара, и интенсивность газообмена и всех остальных процессов, происходящих при пожаре в целом. Единых достоверных данных о том, при какой концентрации кислорода прекращается горение, нет. В компьютерной программе «INTMODEL» затухание пламени происходит при значении функции режима пожара (3.3) K=0,01, т.е. при концентрации кислорода в помещении около 3%. В работе С.В. Пузача − при концентрации кислорода около 8%. В программе «КИС РТП» моделируется не мгновенное затухание пламени при достижении некоторой концентрации кислорода, а постепенное прекращение горения каждого отдельного пикселя площади пожара, которое определяется вероятностью: K Р 25 , 6 1 , 1 − = , (3.4) где K − функция режима пожара. Графически зависимость вероятности затухания пикселя на текущем шаге счета от концентрации кислорода в помещении показана на рисунке 3.1. Рисунок 3.1 – Зависимость вероятности затухания пикселя от концентрации кислорода в помещении Порядок выполнения работы С помощью компьютерной программы «КИС РТП» провести четыре имитационных эксперимента по исследованию объемного тушения пожара инертным газом. 1. Создать новый файл, ввести план помещения и характеристики горючей нагрузки и СПТ согласно таблице 3.1 и рисунку унок 3.1. 2. В настройках интегральной модели установить значения по умолчанию, затем установить закрытое положение дверей. 3. Установить параметры СПТ и дверных проемов согласно таблице 3.2; провести эксперимент №1. 4. Экспортировать данные об изменении во времени площади горения, содержании кислорода и режима пожара в соответствующие файлы: «Площадь горения – Эксперимент1.csv»; «Кислород – Эксперимент1.csv»; «Режим пожара – Эксперимент1.csv». 5. Повторить п.п.3, 4 для экспериментов №2, 3, 4. 6. По полученным результатам экспериментов с помощью программы Microsoft Excel построить графики (по четыре кривых на каждом графике) зависимости указанных величин от времени, затем распечатать их или перечертить и приложить к отчету. Таблица 3.1 Данные для моделирования № варианта План помещения (рис. унок 3.1) Горючая нагрузка* Пожаротушение огнетушащее вещество производительность, кг/с запас ОВ, кг 1 а) 1 CO 2 0,7 300 2 а) 1 CO 2 1,5 300 3 а) 1 N 2 0,7 300 4 а) 1 N 2 1,5 300 5 а) 2 CO 2 0,7 300 6 а) 2 CO 2 1,5 300 7 а) 2 N 2 0,7 300 8 а) 2 N 2 1,5 300 9 б) 1 CO 2 0,7 300 10 б) 1 CO 2 1,5 300 11 б) 1 N 2 0,7 300 12 б) 1 N 2 1,5 300 13 б) 2 CO 2 0,7 300 14 б) 2 CO 2 1,5 300 15 б) 2 N 2 0,7 300 16 б) 2 N 2 1,5 300 * Типовая горючая нагрузка из базы данных программы КИС РТП: 1 – «Библиотеки, архивы»; 2 – «Радиоматериалы». Ширину площадки, занятой горючей нагрузкой, принять на 1 м меньше ширины помещения. Источник зажигания расположить в центре. а) б) Рисунок 3.1 – План помещения Таблица 3.2 Компьютерные эксперименты № эксперимента 1 2 3 4 Условие включения СПТ температура 57°С температура 57°С задымленность 0,05 дБ/м задымленность 0,05 дБ/м Дверные проемы обычные двери двери 2 типа (EI 30) обычные двери двери 2 типа (EI 30) Содержание отчета 1) Тема, цель работы. 2) Краткие теоретические сведения. 3) План-схема помещения. 4) Исходные данные (табл. 3.1; 3.2). 5) Графики (по четыре кривых на каждом графике): – изменение площади горения во времени; – изменение содержания кислорода во времени; – изменение режима пожара во времени. 6) Ответы на контрольные вопросы. Контрольные вопросы 1. Почему при проектировании установок объемного тушения пожара инертным газом желательно использование методов математического моделирования пожаров? 2. Как следует модифицировать уравнения пожара, чтобы они учитывали работу СПТ? Запишите соответствующие уравнения баланса энергии и кислорода. 3. В чем сходны и чем отличаются по своему воздействию на динамику пожара системы противодымной вентиляции и газового пожаротушения? 4. Объясните характер построенных графиков, их взаимосвязь и причины их отличия. Вопросы для подготовки к следующей лабораторной работе по теме «Влияние механической вентиляции на опасные факторы пожара» 1. Особенности применения интегральной модели для прогнозирования ОФП. 2. Плоскость равных давлений. 3. Режимы работы проема. 4. Влияние механической вентиляции на газообмен помещения. |