Введение
1. Моделирование пожара в помещении. Обзор состояния вопроса и задачи исследования 14
1.1. Турбулентные дозвуковые течения 14
1.2. Турбулентное горение газов 18
1.3. Образование и окисление сажи 21
1.4. Тепловое излучение 22
1.5. Коагуляция и оптические свойства аэрозоля 24
1.6. Постановка задачи исследования 25
2. Построение модели 28
2.1. Основные уравнения 28
2.2. Моделирование турбулентности 29
2.2.1. Уравнения переноса параметров турбулентности 29
2.2.2. Граничные условия для параметров турбулентности 31
2.2.3. Граничные условия для уравнения энтальпии 34
2.3. Моделирование горения 35
2.3.1. Одностадийная реакция 35
2.3.2. Двухстадийная реакция 39
2.3.3. Моделирование образования сажи 40
2.4. Моделирование конденсированных продуктов горения (аэрозоля) 43
2.4.1. Распределение частиц по размерам и его первые моменты 43
2.4.2. Решение для стационарной зоны пламени 44
2.4.3. Нестационарное решение для потока вне зоны пламени 45
2.4.4. Анализ режимов коагуляции 46
2.4.5. Автомодельное распределение частиц по размерам 51
2.4.6. Уравнения переноса аэрозоля 51
2.4.7. Заключение 53
2.5. Оптические свойства аэрозоля 54
2.5.1. Дальность видимости и чувствительность человеческого глаза 55
2.5.2. Поглощение, рассеяние и ослабление света аэрозолем: сферические частицы 56
2.5.3. Влияние коагуляции: сферические частицы 58
2.5.4. Поглощение, рассеяние и ослабление света аэрозолем: фрактальные агрегаты 60
2.5.5. Влияние коагуляции: фрактальные агрегаты 62
2.5.6. Заключение 63
2.6. Моделирование теплового излучения 64
2.6.1. Перенос теплового излучения 64
Оптически прозрачное приближение 66
2.6.1.1. Потоковый метод 66
2.6.1.2. Диффузионный метод (метод сферических гармоник) 67
2.6.1.3. Статистический метод (Монте-Карло) 68
2.6.1.4. Сравнение методов расчета переноса излучения на тестовых задачах 71
2.6.2. Радиационные свойства продуктов сгорания 75
2.6.2.1. Смесь С02 и Н20 76
2.6.2.2. Сажа 78
2.6.2.3. Смесь СОг, НгО и сажи при использовании метода ВСГГ 80
2.6.2.4. СО и несгоревшее горючее 80
2.6.2.5. Эффективный коэффициент поглощения смеси 81
2.6.2.6. Учет турбулентных пульсаций 82
2.6.3. Заключение 84
2.7. Граничные и начальные условия 85
2.7.1. Граничные условия на поверхности горючего 85
2.7.2. Граничные условия на ограждающих поверхностях 87
2.7.3. Другие граничные условия 89
2.7.4. Начальные условия 89
3. Численная реализация модели 90
3.1. Расчетная сетка 90
3.2. Аппроксимация уравнений переноса скалярных величин 91
3.3. Аппроксимация уравнений переноса проекций скорости 96
3.4. Аппроксимация конвективных членов 102
3.5. Расчет поля температуры в ограждающих конструкциях 106
3.6. Аппроксимация правых частей в разностных уравнениях 110
3.7. Решение систем алгебраических уравнений 112
3.8. Расчет поля давления 112
3.8.1. Динамическое давление и существенно дозвуковое приближение 112
3.8.2. Процедура коррекции давления 113
3.9. Структура алгоритма решения 115
4. Тестирование и апробация модели 117
4.1. Течения без горения 118
4.1.1. Вынужденная конвекция. Обтекание обратного уступа 118
4.1.1.1. Ламинарное течение 118
4.1.1.2. Турбулентное течение 118
4.1.2. Естественная конвекция. Течение в прямоугольной полости 118
4.1.2.1. Ламинарное течение 118
4.1.2.2. Турбулентное течение 121
4.2. Турбулентное диффузионное пламя над газовой горелкой 126
4.2.1. Двумерное осесимметричное пламя 126
4.2.2. Трехмерное пламя 129
4.2.2.1. Основные характеристики течения 129
4.2.2.2. Расчет переноса излучения 135
4.3. Горение жидкостей в открытом пространстве 143
4.3.1. Постановка задачи 143
4.3.2. Результаты расчетов 144
4.3.2.1. Горение в отсутствие бокового ветра 144
43.2.2. Горение в условиях бокового ветра 147
4.4. Моделирование пожара в лабораторном пожарном боксе 150
4.4.1. Экспериментальная установка и процедура измерений 150
4.4.2. Горение ацетона в пожарном боксе 152
4.4.3. Численный расчет и сопоставление с экспериментом 156
4.4.4. Горение пропана в пожарном боксе 161
4.5. Моделирование пожара в полномасштабном помещении 165
4.6. Заключение 168
5. Моделирование пожара в помещениях 170
5.1. Режимы диффузионного горения при пожаре в помещении. Выброс пламени через проем 170
5.1.1. Проблема прогнозирования режима пожара 170
5.1.1.1. Роль вентиляции и пожарной нагрузки 170
5.1.1.2. Выброс пламени через проем 171
5.1.1.3. Нерешенные проблемы 172
5.1.2. Двумерное моделирование режимов горения 173
5.1.2.1. Постановка задачи 173
5.1.2.2. Результаты расчетов. Режимы горения 173
5.1.2.3. Влияние теплообмена с ограждающими конструкциями 178
5.1.2.4. Сравнение с экспериментальными данными 180
5.1.3. Экспериментальное исследование режимов горения 182
5.1.3.1. Экспериментальная установка 182
5.1.3.2. Безразмерные критерии и обработка результатов измерений 183
5.1.3.3. Эволюция пламени до выброса через проем 186
5.1.4. Трехмерное моделирование режимов горения 187
5.1.4.1. Постановка задачи 187
5.1.4.2. Эволюция пламени до выброса через проем 189
5.1.4.3. Время задержки выброса пламени 189
5.1.5. Заключение 190
5.2. Режимы коагуляции дыма 192
5.2.1. Постановка задачи 192
5.2.2. Результаты расчетов 195
5.2.2.1. Общая характеристика течения и параметров аэрозоля 195
5.2.2.2. Параметры аэрозоля в уходящем потоке 197
5.2.3. Заключение 199
5.3. Оптические свойства дыма 200
5.3.1. Постановка задачи 200
5.3.2. Результаты расчетов 202
5.3.3. Заключение 205
5.4. Отклик дымовых извещателей 206
5.4.1. Влияние коагуляции дыма на отклик дымовых извещателей 206
5.4.2. Постановка задачи и результаты расчетов 209
5.4.3. Заключение 212
5.5. Распространение дыма в тоннеле и вестибюле метрополитена 213
5.5.1. Температурный режим в путевом тоннеле метрополитена при пожаре в движущемся вагоне поезда 214
5.5.1.1. Эксперимент 214
5.5.1.2. Модель, расчет и сопоставление с экспериментом 215
5.5.2. Распространения дыма в подземном вестибюле метрополитена 217
5.5.3. Заключение 221
Заключение. Результаты и выводы 222
Список использованных источников 226
Список обозначений 240
Приложения
