СПб ГПС МЧС представило методику моделирования пожаров на многоярусных складах

2 часа назад

© RUБЕЖ

На научно-практической конференции ВНИИПО МЧС России «Пожарная безопасность складских помещений с мезонинным хранением» эксперты обсудили специфику применения программ компьютерного моделирования пожаров на многоярусных складах. Старший научный сотрудник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России Софья Лобова представила доклад о принципиальных отличиях динамики горения на мезонинах от типовых сценариев. Она также предложила решение для повышения точности инженерных расчетов.

Развитие методологии моделирования 

Компьютерное моделирование сегодня является одним из основных инструментов при оценке пожарной безопасности и расчете рисков. Однако, как подчеркнула Софья Лобова, применение типовых расчетных сценариев в программах моделирования при работе со сложными мезонинными объектами требует уточнения алгоритмов.

В классических расчетных моделях часто используется допущение о квадратичной зависимости мощности тепловыделения. Для мезонинных конструкций эти параметры требуют корректировки. Сравнительное моделирование показало: если базовая модель прогнозирует мощность горения в 1500 кВт, то специализированная модель, учитывающая специфику мезонина, за тот же период фиксирует 4000 кВт. Это различие говорит о необходимости адаптации расчетных сценариев под конструктивные особенности таких складов.

Физика процесса: специфика мезонинного пожара

Высокая скорость развития горения на мезонинах обусловлена геометрией их конструкций. Близко расположенные вертикальные стенки стеллажей аккумулируют тепловое излучение, что приводит к взаимному нагреву и ускорению процесса.

Кроме того, мезонины не являются сплошными преградами. Наличие технологических зазоров и проемов между полками и поддонами позволяет теплу и продуктам горения беспрепятственно распространяться во всех направлениях — вверх, вниз и вглубь конструкции. При этом дефицит кислорода в узких проходах приводит к тому, что факел пламени вытягивается по высоте, мгновенно переходя на верхние ярусы. В таких условиях суммарная мощность тепловыделения быстро достигает нескольких тысяч киловатт.

Моделирование пиролиза и оптимизация ПО

Для получения точных результатов эксперт предлагает моделировать не просто заданную скорость горения, а физико-химический процесс пиролиза — термического разложения материалов под действием теплового потока с последующим воспламенением. Такой подход требует от расчетных программ разбиения всего объема склада на мелкие трехмерные ячейки, или так называемую расчетную сетку, с шагом около 5 см. При стандартных расчетах рисков обычно используется более крупный шаг в 25 см.

По объяснению спикера, поскольку мезонины занимают огромные площади, уменьшение шага расчетной сетки до 5 сантиметров сделает вычисления для реальных складов слишком длительными.Даже при использовании высокопроизводительных вычислительных кластеров обработка сетки из миллионов ячеек выйдет за рамки стандартных сроков инженерного проектирования. Для решения этой проблемы предлагается интегрировать дополнительные математические модули непосредственно в исходный код программ моделирования, таких как FDS или PyroSim.

Разработанный автором доклада специальный программный модуль позволяет рассчитывать конвективное воспламенение твердых материалов, входящих в состав пожарной нагрузки на более крупных расчетных сетках, компенсируя при этом вычислительную погрешность. Это дает возможность получать адекватные результаты без чрезмерной перегрузки процессоров.

Практические выводы исследования

Математические эксперименты Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России подтвердили, что на динамику горения критически влияют: наличие зазоров между грузом и полками мезонина, а также материал упаковки (картон или пластик). Эти факторы принципиально меняют форму факела и скорость распространения огня.

Особое внимание автор уделила работе систем противодымной вентиляции. По данным экспертиз реальных пожаров, запуск систем дымоудаления на мезонинных складах в некоторых случаях приводил к интенсификации горения. Приток свежего воздуха через открытые клапаны фактически усиливал пламя в теле мезонина, что указывает на необходимость индивидуального проектирования таких систем.

Софья Лобова, развивая методику прогнозирования опасных факторов пожара, подчеркивает: достоверность компьютерных моделей напрямую зависит от их подтверждения в реальных условиях. 

«Компьютерная модель, даже воссозданная на мелкой сетке, не может использоваться для прогнозирования опасных факторов пожара без валидации результатами натурных испытаний», – резюмировала исследователь.

Ранее RUБЕЖ писал, что преподаватель Института повышения квалификации «ТехноПрогресс» Александр Калинин прогнозирует рост роли цифровых моделей для просчёта сценариев пожаров на объектах.