ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ МЕТОДОМ КРУПНЫХ ВИХРЕЙ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЕ К ПРОТИВОДЫМНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ А.М.Рыжов, Р. К. Эсманский Рассмотрено перспективное направление исследования нестационарных турбулентных процессов методом крупных вихрей (LES) [1] применительно к моделированию пожаров и их противодымной вентиляции. Проведено тестирование программного комплекса FDS [2,3] на достоверность реализации полей температур, концентраций кислорода, продуктов горения при экспериментальном сжигании горючих жидкостей как на открытом пространстве, так и внутри помещений при естественной и принудительной противодымной вентиляции. Основополагающим звеном при численном моделировании пожаров и их противодымной вентиляции является точность воспроизведения или представления очага пожара. Поэтому в работе изначально рассмотрено моделирование экспериментальных пламён при горении гептана на открытом воздухе в противнях диаметром от 0,3 до 6 м [4]. Получено удовлетворительное согласование расчётных профилей температур и скоростей вдоль вертикальной оси с экспериментальными данными для всех диаметров, а также с имеющимися данными по температуре вдоль радиуса для очага диаметром 6м. Представлено моделирование распространения продуктов горения гептана на площади 0,3x0,3 м2 в помещении 10,0x10,0x5,0 м с одним дверным проёмом [5]. При этом показано, что расчётная динамика высоты прогретого слоя и его средняя температура, как и его параметры под потолком помещения, в том числе и значения концентрации кислорода и продуктов горения (CO2,CO,C) согласуются с экспериментальными данными. Произведено тестирование FDS по результатам измерений оптической плотности дыма при экспериментальном горении керосина на площади 0,25 м2 в здании с размерами 5,6x5,6x6,15 м [6]. Получено удовлетворительное согласование экспериментальных и расчетных полей оптической плотности дыма в измеряемых точках. В результате моделирования распространения продуктов горения гептана на площади 1,07 м2 в открытом помещении 10,0x7,0x5,00 м [7] подтверждено согласование расчётных и экспериментальных данных по температуре, концентрациям продуктов горения и кислорода в верхней зоне прогретого слоя. На примере моделирования распространения продуктов горения дизельного топлива в коридоре с размерами 96,0x8,0x2,65 м, в условиях естественной вентиляции через дверной проём [8] и при наличии принудительной противодымной вентиляции через потолочное вентиляционное отверстие с расходом 11.9 м3/с [9]. Показано, что расчётная и экспериментальная динамика продвижения продуктов горения вдоль коридора удовлетворительно согласуются. Проведены расчеты по моделированию экспериментального пожара в помещении c размерами 22,4x12,0x27,0 м (при горении дизельного топлива на площади 1 м2 с максимальным тепловыделением 1,38 мВт) при принудительном дымоудалении через 2 потолочных вентиляционных отверстия размером 1,2x1,2м2, каждый, и суммарным расходом 30 м3 /c [10]. Получено соответствие опускания дымового слоя, расчётных высот и температур прогретого слоя экспериментальным данным, а также хорошее соответствие расчётных и экспериментальных скоростей потоков во всех приточных отверстиях (в 10 оконных проёмах). Апробированный выше метод крупных вихрей применён для численного моделирования принудительной противодымной вентиляции с объёмным расходом 12,5-25 м3/c при площадях пожара 2x4 м, 2х2 м, 1x2м и мощностях тепловыделения от 2 до 4 мВт ( в том числе для экспериментально определённой при горении автомобиля мощности тепловыделения) в помещениях в плане 30x30 м, 30x50 м, 50x60 м и высотой 3м. Численная реализация указанных задач производилась на пространственных сетках от 800 000 до 2500000 контрольных объёмов. Показан механизм увеличения толщины прогретого слоя за счёт возникновения пристеночных эффектов и возникновения в нём рециркуляционных течений. В случае протяжённых источников пожара увеличение толщины слоя и вовлечение воздуха в слой происходит преимущественно за счёт периодически возникающих в слое вихревых структур, генерируемых при взаимодействии факела с потолком и натекающим на факел рециркуляционным течением в слое. Сделан вывод, что численное моделирование методом крупных вихрей позволяет получать реалистические картины полей опасных факторов пожаров в помещениях, в том числе при их противодымной вентиляции. Литература 1. Корнев Н.В., Бесядовский А.Р. Введение в метод крупных вихрей // СПб ГМТУ, СПб, 2005. 2. McGrattan K., Baum H., Rehm R., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator (Version5), Technical Reference Guide// NIST Special Publication 1018-5, USA, January 8, 2008 3. McGrattan K., Klein B., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator (Version 5). User’s Guide // NIST Special Publication 1019-5, USA, February 1, 2008. 4. Koseki H., Yumoto T. Air entrainment and thermal radiation from heptane pool fires. // Fire Technology, Volume 24, No 1, February 1988, p.p. 33-47. 5. Rinne T., Hietaniemi J., Hostikka S. Experimental validation of the FDS simulations of smoke and toxic gas concentrations. // VTT, Espoo, 2007. 6. Hägglund B., Jansson R., Nireus, K. Smoke filling experiments in a 6x6x6 meter enclosure // FOA Rapport C 20585-D6, Forsavrets Forskninsanstalt, Sweden, September 1985. 7. Hostikka S., Kokkala M., Vaari J. Experimental study of the localized room fires. NFSC2 test series. // VTT Building and Transport, Espoo, 2001. 8. Hu L.H., Fong N.K., Yang L.Z., Chow W.K., Li Y.Z., Huo R . Modeling fire-induced smoke spread and carbon monoxide transportation in a long channel // Journal of Hazardous Materials, Volume 140, Issues 1-2, 2007, Pages , р.р.293-298. 9. Hu L.H., Li Y.Z., Huo R., Yi L., Chow W.K. Full-scale experimental studies on mechanical smoke exhaust efficiency in an underground corridor // Building and Environment, Volume 41, Issue 12, 2006, p.p. 1622-1630. 10. Chow W.K., Yi L., Shi C.L., Li Y.Z., Huo, R. Experimental studies on mechanical smoke exhaust system in an atrium // Journal of Fire Sciences, vol.23, No. 5, 2005, p.p. 429 - 444.