firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/PVB.2020.29.05.40-50firesmi-921Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММMATHEMATICAL MODELING, NUMERICAL METHODS AND PROGRAM COMPLEXESПолевое моделирование динамики пожара при ответе на вопрос о выполнении системой пожарной сигнализации своих функцийField modeling of the fire dynamics as an answer to the question about the fire alarm performancehttps://orcid.org/0000-0002-5659-0746ХасановИ. Р.KhasanovI. R.

ХАСАНОВ Ирек Равильевич, д-р. техн. наук, главный научный сотрудник. РИНЦ ID: 157014; ResearcherID: T-4177-2017

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

Irek R. KHASANOV, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher. ID RISC: 157014; ResearcherID: T-4177-2017

mkr. VNIIPO, 12, Balashiha, Moscow Region, 143903

irhas@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0187-3159КарповА. В.KarpovA. V.

КАРПОВ Алексей Васильевич, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник. РИНЦ ID: 338983; ResearcherID: L-7707-2015

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12

Alexey V. KARPOV, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher. ID RISC: 338983; ResearcherID: L-7707-2015

mkr. VNIIPO, 12, Balashiha, Moscow Region, 143903

avkhome@inbox.ruЛобоваС. Ф.LobovaS. F.

ЛОБОВА Софья Федоровна, старший научный сотрудник

196105, г. Санкт-Петербург, Московский пр-т, 149

Sofia F. LOBOVA, Senior Researcher

Moskovskiy Avenue, 149, Saint Petersburg, 196105

ПетроваН. В.PetrovaN. V.

ПЕТРОВА Наталья Вячеславовна, старший научный сотрудник

196105, г. Санкт-Петербург, Московский пр-т, 149

Natalia V. PETROVA, Senior Researcher

Moskovskiy Avenue, 149, Saint Petersburg, 196105

n-youn@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС РоссииРоссияAll-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of RussiaRussian FederationНаучно-исследовательский институт перспективных исследований и инновационных технологий в области безопасности жизнедеятельности Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС РоссииРоссияResearch Institute for Advanced Research and Innovative Technologies in the Field of Life Safety, Saint Petersburg University of State Fire Service of Emercom of RussiaRussian Federation2020021220202954050Copyright © Хасанов И.Р., Карпов А.В., Лобова С.Ф., Петрова Н.В., 20202020Хасанов И.Р., Карпов А.В., Лобова С.Ф., Петрова Н.В.Khasanov I.R., Karpov A.V., Lobova S.F., Petrova N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/921Введение

Введение. Анализ выполнения системой пожарной сигнализации своих функций необходим при ответе на вопрос о соответствии системы требованиям пожарной безопасности. Данный вид исследования часто проводится при производстве судебной нормативной пожарно-технической экспертизы. В связи с этим для оценки выполнения системой пожарной сигнализации своих функций необходимо определить условия развития пожара и безопасной эвакуации людей.

Цели и задачи

Цели и задачи. Целью настоящей работы является численное исследование влияния на работу пожарной сигнализации используемых математических моделей горения, характеристик пожарной нагрузки и расположения очага пожара.

Методика

Методика. Для достижения цели исследования использовалось полевое моделирование динамики пожара. При моделировании работы системы пожарной сигнализации проведены расчеты распространения опасных факторов пожара при различных сценариях расположения очага горения.

Результаты и их обсуждение. Проведенные расчеты выполнения условий безопасной эвакуации людей в случае ненормативного расположения пожарных извещателей позволили отработать алгоритм расчета времени начала эвакуации. Показано, что расчетное время обнаружения пожара зависит от используемых моделей горения (средний или сложный уровень), размеров расчетной сетки, характеристик пожарной нагрузки и расположения очага пожара.

Выводы

Выводы. Показано, что на результаты полевого моделирования развития пожара и времени его обнаружения оказывают влияние используемые модели горения, характеристики пожарной нагрузки и расположение очага пожара относительно пожарных извещателей. При невыполнении системой пожарной сигнализации своих функций и, следовательно, несоблюдении условий безопасной эвакуации необходимо либо уточнение модели горения, либо проведение сравнения результатов моделирования при нормативном и фактическом размещении извещателей.

Introduction

Introduction. The performance of a fire alarm needs to be analyzed to answer the question about its compliance with fire safety requirements. This type of research is frequently performed in the course of a forensic fire investigation. Therefore, it is necessary to identify conditions of fire escalation and safe evacuation of people to assess the fire alarm performance.

Purposes and objectives

Purposes and objectives. The purpose of this work is the numerical study of the impact, produced by mathematical models of combustion, characteristics of fire loads and locations of fire beds, on fire alarm performance. Methods. Fire dynamics was field modeled to achieve the goal of this research. The analysis of flame propagation was performed with regard for various fire bed locations to simulate the fire alarm operation.

Results and discussion

Results and discussion. The fulfillment of safe evacuation conditions for cases of irregular arrangement of smoke detectors was analyzed to develop and test the algorithm for the calculation of the evacuation start time. It is shown that the estimated time of fire detection depends on combustion models employed (their average or complex level), the size of the computational grid, fire load specifications and the location of the fire bed.

Conclusions

Conclusions. It is shown that the results of the field modeling of fire propagation and detection time are influenced by combustion models used, fire load specifications and the location of the fire bed in relation to smoke detectors. If the fire alarm fails to perform its functions and, consequently, safe evacuation conditions are not fulfilled, it is necessary either to improve the combustion model or to compare the modeling results obtained for actual and standard smoke detector location patterns.

пожарная безопасностьпожарно-техническая экспертизапожарный извещательобнаружение пожараматематическая модель горенияпожарная нагрузкаочаг пожараэвакуацияfire safetyfire investigationsmoke detectorfire detectionmathematical combustion modelfire loadfire bedevacuationReferencesВоронов С.П., Кондратьев С.А., Петрова Н.В., Скодтаев С.В., Тумановский А.А. Судебная нормативная пожарно-техническая экспертиза. СПб. : СПб УГПС МЧС России, 2014. 92 с.Voronov S.P., Kondratev S.A., Petrova N.V., Skodtaev S.V., Tumanovsky A.A. Judicial normative fire-technical expertise. St. Petersburg, SPbU GPS of EMERCOM of Russia, 2014; 92. (rus.).Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. 2-е изд. М. : ВНИИПО, 2016. 79 с.Method for determining the calculated values of fire risk in buildings, structures and structures of various classes of functional fire hazard. 2nd ed. Moscow, VNIIPO, 2016; 79. (rus.).Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах. М. : ВНИИПО, 2009. 77 с.Method for determining the calculated values of fire risk at production facilities. Moscow, VNIIPO, 2009; 77. (rus.).Абашкин А.А., Карпов А.В., Ушаков Д.В., Фомин М.В., Гилетич А.Н., Комков П.М. и др. Пособие по применению «Методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности». М. : ВНИИПО, 2014. 226 с.Abashkin A.A., Karpov A.V., Ushakov D.V., Fomin M.V., Giletich A.N., Komkov P.M. et al. Handbook on application of “Method for determining the calculated values of fire risk in buildings, structures and structures of various classes of functional fire hazard”. Moscow, VNIIPO, 2014; 226. (rus.).Гордиенко Д.М., Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю., Кириллов Д.С., Трунева В.А., Гилетич А.Н. и др. Пособие по определению расчетных величин пожарного риска для производственных объектов. М. : ВНИИПО, 2012. 242 с.Gordienko D.M., Shebeko Yu.N., Shebeko A.Yu., Kirillov D.S., Truneva V.A., Giletich A.N. et al. Manual for determining the calculated values of fire risk for production facilities. Moscow, VNIIPO, 2012; 242. (rus.).Методология судебной пожарно-технической экспертизы: основные принципы. М. : ВНИИПО, 2013. 23 с.Methodology of forensic fire-technical expertise: basic principles. Moscow, VNIIPO, 2013; 23. (rus.).Schifiliti R.P., Custer R.L.P., Meacham B.J. Design of detection systems // SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Chapter 40. 5th Edition. Society of Fire Protection Engineers, 2016. Pp. 1314–1377. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0Schifiliti R.P., Custer R.L.P., Meacham B.J. Design of detection systems. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Chapter 40. Fifth Edition. Society of Fire Protection Engineers, 2016; 1314-1377. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0Калмыков С.П., Есин В.М. Время обнаружения очага пожара // Пожаровзрывобезопасность/ Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 11. С. 52–63. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.11.52-63Kalmykov S.P., Esin V.M. Fire detection time. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2017; 26(11):52-63. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.11.52-63. (rus.).Карпов А.В., Рыжов A.M. Полевое моделирование тепло- и массопереноса в припотолочной струе продуктов горения над нестационарными очагами пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2001. Т. 10. № 3. С. 17–24.Karpov A.V., Ryzhov A.M. CFD modelling of heat and mass transfer in combustion products ceiling jet over unsteady fire sources. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2001; 10(3):17-24. (rus.).Самошин Д.А., Холщевников В.В. Проблемы нормирования времени начала эвакуации // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2016. Т. 25. № 5. С. 37–51. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.37-51Samoshin D.A., Kholshchevnikov V.V. Problems of regulation of time to start evacuation. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2016; 25(5):37-51. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.05.37-51. (rus.).Puzach S.V., Nguyen Thanh Hai. Influence of the rates of gas flows through the smoke-removal and input-ventilation systems on the height of the smoke-free zone in a fire within a building // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2009. Vol. 82. No. 6. Pp. 1033–1041. DOI: 10.1007/s10891-010-0290-xPuzach S.V., Nguyen Thanh Hai. Influence of the rates of gas flows through the smoke-removal and input-ventilation systems on the height of the smoke-free zone in a fire within a building. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2009; 82(6):1033-1041. DOI: 10.1007/s10891-010-0290-xKuffner W., Hadjisophocleous G. Method of determining smoke detector spacing in high ceiling applications // Fire Technology. 2010. Vol. 50. No. 3. Pp. 1–22. DOI: 10.1007/s10694-010-0141-5/Kuffner W., Hadjisophocleous G. Method of determining smoke detector spacing in high ceiling applications. Fire Technology. 2010; 50(3):1-22. DOI: 10.1007/s10694-010-0141-5/Forney G., Bukowski R., Davis W. Field modeling: simulating the effect of sloped beamed ceilings on detector and sprinkler response, Technical Report Year 2. Fire Protection Research Foundation, Quincy, MA, 1994. 41 p.Forney G., Bukowski R., Davis W. Field modeling: simulating the effect of sloped beamed ceilings on detector and sprinkler response, technical report year 2. Fire Protection Research Foundation, Quincy, MA, 1994; 41.Лобаев И.А., Вечтомов Д.А., Плешаков В.В. Реконструкция начальной стадии пожара с учётом параметров системы обнаружения опасных факторов пожара // Технологии техносферной безопасности. 2018. Вып. 3 (79). С. 19–27. DOI: 10.25257/TTS.2018.3.79.19-27Lobaev I.A., Vechtomov D.A., Pleshakov V.V. Reconstruction of the initial stage of the fire within the parameters of the detection system of dangerous fire factors. Technology of technosphere safety. 2018; 3(79): 19-27. DOI: 10.25257/TTS.2018.3.79.19-27 (rus.).Кирик Е.С., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю., Харламов Е.Б., Малышев А.В. Математическое моделирование эвакуации при пожаре // Математическое моделирование. 2014. Т. 26 (1). С. 3–16. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21276919Kirik E.S., Degtyarev A.A., Litvintsev K.Yu., Kharlamov E.B., Malyshev A.V. Mathematical modeling of fire evacuation. Matematicheskoe modelirovanie/Mathematical Models and Computer Simulations. 2014; 26(1):3-16. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21276919 (rus.).Khasanov I.R., Karpov A.V. Modeling fire spread along the non-combustible building facades of different geometry // Proceeding of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards (ISFEH9). St. Petersburg Polytechnic University Press, 2019. Pp. 534–541. DOI: 10.18720/SPBPU/2/k19-1Khasanov I.R., Karpov A.V. Modeling fire spread along the non-combustible building facades of different geometry. Proceeding of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards (ISFEH9). St. Petersburg Polytechnic University Press, 2019; 534-541. DOI: 10.18720/SPBPU/2/k19-1Cox G. Turbulent closure and the modelling of fire using computational fluid dynamics // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 1998. Vol. 356. No. 1748. Pp. 2835–2854. DOI: 10.1098/rsta.1998.0300Cox G. Turbulent closure and the modelling offire using computational fluid dynamics. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 1998; 356(1748):2835-2854. DOI: 10.1098/rsta.1998.0300Olenick S.M., Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke // Journal of Fire Protecting Engineering. 2003. Vol. 13. No 2. Pp. 87–110. DOI: 10.1177/1042391503013002001Olenick S.M, Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke. Journal of Fire Protecting Engineering, 2003; 13(2):87-110. DOI: 10.1177/1042391503013002001McGrattan K., Miles S. Modeling fires using Computational Fluid Dynamics (CFD). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Chapter 32. Fifth Edition. Society of Fire Protection Engineers, 2016. Pp. 1034–1065. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0McGrattan K., Miles S. Modeling fires using Computational Fluid Dynamics (CFD). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Chapter 32. Fifth Edition Society of Fire Protection Engineers, 2016; 1034-1065. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0Рыжов А.М., Хасанов И.Р., Карпов А.В., Волков А.В., Лицкевич В.В., Дектерев А.А. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях : методические рекомендации. М. : ВНИИПО, 2002. 35 с.Ryzhov A.M., Khasanov I.R., Karpov A.V., Volkov A.V., Litskevich V.V., Degtyarev A.A. Application of the field method of mathematical modeling of fires in premises. Methodical recommendation. Moscow, VNIIPO, 2002; 35. (rus.).McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator (Version 4) Technical Reference Guide. Gaithersburg : National Institute of Standards and Technology, 2013. 149 p. DOI: 10.6028/nist.sp.1018McGrattan K., Hostikka S., McDermott R., Floyd J., Vanella M. Fire Dynamics Simulator (Version 4) Technical Reference Guide. Gaithersburg : National Institute of Standards and Technology, 2013; 149. DOI: 10.6028/nist.sp.1018Снегирёв А.Ю. Моделирование тепломассообмена и горения при пожаре : дис. … д-ра техн. наук. СПб. : С.-Петерб. политехн. ун-т, 2004. 271 с.Snegirev A.Yu. Modeling of heat and mass transfer and burning in the fire : dissertation… doctor of technical sciences. Saint Petersburg, 2004; 271. (rus.).Лобова С.Ф., Принцева М.Ю. Оценка влияния исходных данных на результаты моделирования распространения горения при оценке эффективности работы автоматической установки пожарной сигнализации // Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России. 2019. № 3. С. 70–80. URL: https://vestnik.igps.ru/wp-content/uploads/V113/11.pdfLobova S.F., Printc’eva M.U. Estimation of the influence of the initial data on the results of the modeling of the fire spread during the automatic fire alarm system effectyvity analysis. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Universiteta GPS MCHS Rossii. 2019; 3:70-80. URL: https://vestnik.igps.ru/wp-content/uploads/V113/11.pdf (rus.).McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator User’s Guide: NIST Special Publication 1019. Sixth Edition. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2013. 262 p.McGrattan K., McDermott R., Weinschenk C., Overholt K., Hostikka S., Floyd J. Fire Dynamics Simulator User’s Guide: NIST Special Publication 1019. Sixth Edition. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 2013; 262.Снегирев А.Ю., Талалов В.А. Теоретические основы пожаро- и взрывобезопасности. Горение неперемешанных реагентов : учебное пособие. СПб : С.-Петерб. политехн. ун-т, 2008. 212 с.Snegirev A.Yu., Talalov V.A. Theoretical bases of fire and explosion safety. Burning unturned reagents: tutorial. Saint-Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU), 2008; 212. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.