Разнообразные расчетные оценки, необходимые при исследовании динамики пожара, наиболее удобно могут быть выполнены с помощью рекомендаций, приведенных в научных работах²7, или с использованием разработанного в ЛФ программного модуля ИНЖ-1. С их помощью решаются типовые для ПТЭ задачи:

истечение и растекание жидкости (расчет скорости истечения жидкости из пробоины, площади растекания нефтепродукта);

возможность образования взрывоопасной паровоздушной смеси – испарение разлитой жидкости, выход газа в помещение (расчет размеров объекта с концентрацией паров выше НКПВ);

тепловое самовозгорание скопления вещества (расчет температуры и длительности);

расчет температуры вспышки (индивидуальных веществ в открытом (закрытом) тигле, а также смесей горючих и негорючих жидкостей);

расчет температуры воспламенения индивидуальной жидкости;

расчет температурных пределов распространения пламени для индивидуальных жидкостей;

расчет концентрационных пределов распространения пламени;

расчет пределов распространения пламени (для смесей горючих веществ, для смесей горючих и негорючих веществ);

динамика задымления помещения (расчет высоты нижней границы припотолочного слоя дыма);

расчет токов короткого замыкания и кратности сверхтока;

расчет кратности токовой перегрузки электропроводки.

В этот пакет входит также ряд программ для решения некоторых вспомогательных задач, которые могут возникать в процессе обработки результатов исследования:

решение систем линейных уравнений;

решение систем нелинейных уравнений методом итераций;

исследование сложных функций с построением графиков;

определение экстремального значения нелинейной функции при наличии ограничений на значения функции и переменных;

определение экстремального значения функции нескольких переменных, соотношения между которыми заданы в виде неравенств (линейное программирование);

нахождение определенного интеграла и производной функции;

определение коэффициентов в уравнении по методу наименьших квадратов;

решение вероятностных задач.

Пакет программ решения теплофизических задач ПТЭ на машинном языке Турбо-Паскаль предусматривает работу с ним в диалоговом режиме ввода исходных данных и редактирования результатов расчета. В составе пакета – два основных раздела: теоретические и практические задачи. Базовые теоретические задачи представляют собой основу для анализа ряда наиболее характерных для пожаров ситуаций, в которых протекают процессы конвективного, кондуктивного и лучистого теплопереноса. Предусмотрена возможность варьирования в широких пределах условий, при которых эти процессы происходят, что требует определенного уровня подготовки пользователя в этой области. С помощью этих программ может быть выполнен расчет:

температурного поля в многослойной стенке, выполненной из произвольного числа слоев различных строительных и теплоизоляционных материалов. Задача решается с граничными условиями второго рода (по теплообмену); при этом пользователь может задавать любые значения тепловых потоков и характеристики окружающей среды по обе стороны стенки;

температурного поля в протяженном теле (стержне, трубе, балке) из произвольного материала. Пользователем в расчете задаются температура и физические параметры окружающей среды у конца стержня;

значений угловых коэффициентов для расчета лучистого теплообмена при произвольном взаимном расположении источника тепла (факела пламени, раскаленной поверхности) и тепловоспринимающего объекта;

значений коэффициента теплоотдачи в конвективном теплообмене для плоских поверхностей с различной ориентацией в пространстве.

В группу прикладных задач, непосредственно связанных с теоретическими, включены некоторые наиболее часто встречающиеся в практике ПТЭ теплофизические задачи, структура которых носит более конкретный характер, с привязкой к определенным типичным ситуациям. В их число входят программы для расчета: температурного поля многослойной стенки, обогреваемой с одной стороны; распределения температуры по длине стержня (трубы, балки), который проходит сквозь стену и подвергается нагреванию с одного конца (например, при электродуговой или газовой резке металла); температурного поля многослойной стенки при тепловом воздействии на нее от более нагретой стены с известной температурой и расположенной на заданном расстоянии от нее в параллельной плоскости; расчета температуры оболочки трубы (например, трубчатого электронагревателя) при работе внутреннего источника тепла произвольной мощности на заданном диаметре оболочки и виде охлаждающей среды.

Наряду с этим уже существуют программные средства, позволяющие с помощью персонального компьютера рассчитывать параметры, характеризующие пожар в его динамике: температуры и состава газовой среды в различных точках, скорости нагревания строительных конструкций и др. Это позволит просчитывать различные сценарии динамики пожара во времени при варьировании по месту расположения и тепловой мощности источников зажигания. По указанным вопросам уже имеются определенные обнадеживающие наработки, среди которых можно отметить созданную на кафедре инженерной теплофизики МИПБ МВД России программу ИТФ, с помощью которой рассчитываются параметры среды в помещении в условиях пожара. В качестве исходных данных используются: геометрические характеристики помещения; число, размеры и расположение проемов; площадь горения вещества определенного вида и ряд других.

Вопросы, связанные с определением температуры, развивавшейся в ходе пожара:

Какова температура внутри горящего здания (автомобиля…)?

Ориентировочные значения температуры внутри горящих помещений составляют в среднем от 700 до 1100 оС, что зависит от стадии развития пожара (начальная стадия, со сравнительно низкими температурами, или полностью развившийся пожар), вида и количества материалов пожарной нагрузки, наличия проемов для притока воздуха и выхода продуктов горения, принятия мер по ограничению развития пожара (тушение, охлаждение объема горящего помещения, обрушение строительных конструкций). Кроме того, распределение температуры по объему помещения далеко не равномерно: у пола температура минимальна, тогда как в зоне у потолка или перекрытия – максимальна; кроме того, на удалении от зоны горения (например, в противоположном конце коридора, в дальнем углу горящего помещения) температура также будет меньшей.

В том случае, если имеется необходимость в определении температуры в горящем помещении в процессе развития пожара (с привязкой ко времени пожара и координатам помещения), то могут использоваться вышеназванные методики расчета или компьютерные модели (например, модель, разработанная кафедрой инженерной теплофизики МИПБ МВД России). Для такого расчета необходимы данные о геометрии помещения, количестве, свойствах и распределении материалов пожарной нагрузки. Заметим, что результаты таких расчетов также лишь приблизительно отражают реальную картину пожара, поскольку практически невозможно воспроизвести с абсолютной точностью все процессы пожара в пространстве и времени. Их полный учет практически невозможен. Но полученные в расчетах данные могут быть полезны при оценке влияния на ход пожара отдельных условий, например: была ли открыта форточка или дверь во время пожара; какова была площадь горения (тепловая мощность пожара) в начальной стадии его развития.

Какова температура, развиваемая при горении древесины (пластмассы, бензина…)? Достаточно ли развившейся при пожаре температуры для плавления материалов, для разрушения строительных конструкций и т.д.?

При ответе на такой вопрос, как правило, достаточно привести соответствующие справочные данные о температуре пламени, которое образуется при горении конкретного вещества или материала²8. Если вопрос касается оценки особенностей развития пожара в помещении, где горит определенное количество конкретного вещества или материала, то проводится расчет температурного режима пожара, для которого необходимо учитывать условия горения²9.

Возможен ли «переброс» огня с одного объекта на другой?

Для ответа на вопрос проводится расчет лучистой теплопередачи от факела пламени, обусловленного горением исходного объекта (одной кровати, которая предположительно горит к данному моменту), к другому объекту (ближайшему фрагменту другой кровати), с учетом свойств материалов каркаса и постельных принадлежностей кроватей, а также их пространственного взаиморасположения.

Сколько времени нужно для полного охвата пламенем комнаты (дома)?

Время вскрытия остекления окон?

При отсутствии следов, указывающих на силовой механизм разрушения остекления окна, проводится расчет температурного режима пожара для того, чтобы определить время достижения температуры пожара 300 оС. При более высоких температурах стекла начинают разрушаться и выпадать в сторону действия источника нагрева. При горении внутри помещения стекла будут падать внутрь, что может быть воспринято ошибочно за признак разбивания стекла от удара снаружи. Поскольку более высокая температура в процессе развития пожара создается в верхнем припотолочном слое дыма, то и остекление начинает разрушаться с верхнего уровня. Установить, было ли цело остекление до начала горения, позволяет наличие слоя копоти на поверхности стекла со стороны очага пожара.

Сколько времени нужно для возгорания вещества, материала…?

Вопрос относится к следующему разделу, касающемуся анализа механизма возгорания предмета (вещества, материала) в определенных условиях, который должен быть четко указан в вопросе: воздействие определенного источника зажигания, нагревание, увлажнение, воздействие химических реактивов и др.

Сколько времени нужно для сгорания дома (сундука с тряпьем, определенного количества жидких, твердых, газообразных веществ)?

Для ответа на вопрос используются справочные данные³0 о средней скорости выгорания вещества или материала с единицы площади поверхности. Продолжительность пожара может быть также рассчитана по методике, изложенной в стандарте ГОСТа 12.1.004–91 (или в работе³1), с учетом геометрических характеристик помещения и данных о его пожарной нагрузке.

Группа вопросов в отношении очага пожара и его признаков:

Местоположение очага пожара? Где находился очаг пожара? Является ли данное место (часть помещения, участок местности, установка и т.п.) местом первоначального возникновения горения?

Признаки, характеризующие очаг пожара? Какие признаки указывают на расположение очага пожара в данном месте?

Каков механизм образования очаговых признаков? Имеется ли в данном случае несколько самостоятельных очагов пожара; и если да, то какова их взаимосвязь? Чем объясняется локальное повреждение (деформация, выгорание, обугливание, оплавление и т.д.) данного предмета, конструкции?

Ответы на вопросы даются после проведения всего предусмотренного комплекса исследований. При этом полно и подробно перечисляются все выявленные признаки, которые положены в основу вывода эксперта о местоположении очага пожара. Предпочтительно, чтобы ответу на этот вопрос предшествовал раздел синтезирующего исследования в исследовательской части заключения, где были бы охарактеризованы основные результаты выполненной экспертом работы, с кратким описанием места возникновения пожара и особенностей его развития в пространстве и времени. Должны быть отмечены и подробно описаны все участки, на которых обнаружены очаговые признаки с указанием механизма их распознавания. После этого должен последовать комплексный анализ совокупности признаков выявленных зон – для установления их возможной взаимосвязи на естественной, закономерной основе (либо исключения таковой).

* * *

Глава 3