FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0

Страница создана Радик Журавлев
 
ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
FIM
Fire Integral Model

г. Екатеринбург, ул. Первомайская 66 - 4
+7 (343) 319-12-62
www.pyrosim.ru
mail@pyrosim.ru

                           Руководство пользователя

                                                        FIM 1.0.0

                                           12.05.2015
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Дисклеймер
ИП Карькин Илья Николаевич не дает выраженных или невыраженных гарантий
пользователям программы FIM и программного комплекса FireCat, и не несет
ответственности за их использование. Пользователи программного комплекса несут
единоличную ответственность в соответствии с федеральными законами за определение
адекватности использования программ для каких-либо целей и за выводы, сделанные по
результатам их использования, а также за любые действия, предпринятые или не
предпринятые в результате расчётов, выполненных при помощи данных программных
средств.
Пользователи предупреждены, что программа FIM и программный комплекс FireCat
должны использоваться только компетентными специалистами в расчете пожарного
риска. Программы предназначены только для квалифицированных пользователей.
Программное обеспечение представляет собой компьютерные модели, которые могут
работать корректно или некорректно применительно к конкретному набору исходных
данных. Неточность предсказаний может привести к ошибочным выводам. Все
результаты должны быть оценены компетентным специалистом.

                                        2
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Оглавление
Дисклеймер .......................................................................................................................................... 2
Назначение программы ....................................................................................................................... 4
Загрузка и установка ............................................................................................................................ 5
   Пробная версия ................................................................................................................................. 5
   Активация лицензии ......................................................................................................................... 5
   Перенос лицензии ............................................................................................................................. 5
Порядок работы с комплексом программ PyroSim – FIM – FireRisk .................................................. 6
Описание модели FIM .......................................................................................................................... 7
   Интегральная модель пожара .......................................................................................................... 7
   Ограничения интегральной модели ................................................................................................. 7
   Правила создания модели здания ................................................................................................... 7
   Ограничения модели FIM версии 1.0 ............................................................................................. 10
Интерфейс программы FIM ............................................................................................................... 11
Настройки программы ....................................................................................................................... 11
Примеры использования ................................................................................................................... 12
   Пример 1. Этаж офисного здания ................................................................................................... 12
   Пример 2. Этаж с замкнутыми коридорами ................................................................................... 16
   Пример 3. Двухэтажная часть здания ............................................................................................. 19
Документация .................................................................................................................................... 22

                                                                          3
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Назначение программы
При решении задач пожарной безопасности часто необходимо выполнить целую серию
расчетов с различными исходными данными: объемно-планировочными решениями,
параметрами работы противопожарных систем и др. В таких случаях использование
полевой модели для расчетов становится затруднительным, так как для выполнения
каждого расчета требуется достаточно длительное время и значительные
вычислительные ресурсы. На практике это приводит к тому, что пользователям
приходится ограничивать количество рассматриваемых вариантов, что может сказаться на
качестве проводимого исследования.
Для решения этой проблемы разработана программа Fire Integral Model (FIM) –
интегральная модель пожара. FIM реализует расчет динамики опасных факторов пожара
по интегральной модели [2], используя в качестве исходных данных входной файл
формата FDS. Если планировка здания соответствует области определения интегральной
модели, то FIM позволяет значительно (в десятки раз) ускорить выполнение
предварительных оценочных расчетов, перед тем как запускать длительный расчет в FDS.
При этом нет необходимости создавать новую модель здания в каком-либо ином
формате – программа считывает исходный файл FDS, выполняет расчет динамики ОФП и
генерирует выходные файлы, аналогичные FDS, которые можно анализировать в
программах Smokeview, FireRisk и других.

                                         4
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Загрузка и установка
Текущая версия FIM доступна для загрузки на сайте http://pyrosim.ru.

Пробная версия
С возможностями программы FIM можно познакомиться с помощью 30-дневной пробной
версии.
Для активации пробной версии в окне «Лицензии» нажмите кнопку «Пробная версия»:

Пробная версия имеет тот же функционал, что и полная версия, ограничен только срок ее
использования.

Активация лицензии
После приобретения лицензии вы получаете буквенно-цифровой ключ и имя
пользователя, с помощью которых можете активировать программу. Вам необходимо
ввести имя и ключ в окне «Лицензии»:

Перенос лицензии
Лицензия привязана к компьютеру, на котором активирована. Чтобы перенести лицензию
на другой компьютер, удалите лицензию на текущем компьютере и обратитесь в отдел
продаж по адресу mail@pyrosim.ru или по телефону +7 (343) 319-12-62.

                                            5
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Порядок работы с комплексом программ PyroSim – FIM – FireRisk
Программа FIM в качестве исходных данных принимает оригинальный входной файл
формата FDS и формирует выходные файлы тех же форматов, что и программа FDS. В
результате взаимодействие программ при выполнении расчета в FDS или FIM происходит
по одной схеме:

Таким образом, пользователю достаточно только выбрать расчетную модель, а
последовательность работы и процесс взаимодействия программных модулей при
подготовке модели, проведении расчета и анализе результатов остаются неизменными.
Построив модель в программе PyroSim, можно выполнить расчет как в FDS, так и в FIM.

Порядок работы с комплексом программ состоит из следующих шагов:
   1. Построить модель в PyroSim (построение модели описано в руководстве
      пользователя PyroSim [3] и в данном документе не рассматривается).
   2. Сохранить файл FDS из PyroSim. Для этого в меню «Файл» выберите команду
      «Экспорт» - «Файл FDS» или на верхней панели инструментов нажмите кнопку
      «Записать файл FDS»      .
   3. Запустить расчет в FIM. Варианты запуска расчета:
         a. Через интерфейс программы:
            открыть программу FIM;
            выбрать входной файл FDS;
            запустить расчет.
         b. Через командную строку Windows:
            открыть командную строку Windows
            запустить программу FIM, указав в качестве параметра имя входного
              файла FDS.
   4. Выполнить просмотр результатов в программе Smokeview или анализ результатов
      в программе FireRisk (порядок работы описан в руководстве пользователя FireRisk
      [4] и в данном документе не рассматривается).

                                           6
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Описание модели FIM

Интегральная модель пожара
Интегральная математическая модель пожара представляет собой систему обыкновенных
дифференциальных уравнений, описывающих изменение среднеобъёмных параметров
состояния газовой среды в помещении в процессе развития пожара. Они следуют из
фундаментальных законов природы − первого закона термодинамики для открытой
термодинамической системы и закона сохранения массы [2]. Впервые интегральная
модель была сформулирована профессором Ю.А. Кошмаровым в 1976 году.
Более подробно интегральная модель пожара описана в приложении 6 к приказу МЧС
России от 30.06.2009 №382.

Ограничения интегральной модели
Интегральная модель применима в случае, когда состояние газовой среды с достаточной
степенью достоверности можно считать одинаковым по всему объему помещения. Такое
допущение справедливо, если модель содержит:
    достаточно большой источник пожара;
    относительно небольшой объем помещений;
    хороший газообмен внутри помещений, обеспечивающий равномерное
      перемешивание продуктов горения.
Таким образом, интегральную модель можно применять при следующих условиях:
    для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой
      геометрической конфигурации;
    для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными
      размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой
      (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз);
    для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария
      пожара.
Если один из линейных размеров помещения более чем в пять раз превышает хотя бы
один из двух других линейных размеров, необходимо это помещение делить на участки,
размеры которых соизмеримы между собой, и рассматривать участки как отдельные
помещения, сообщающиеся проемами, площадь которых равна площади сечения на
границе участков. Использование аналогичной процедуры в случае, когда два линейных
размера превышают третий более чем в 5 раз, не допускается [5].

Правила создания модели здания
Чтобы программа FIM могла правильно идентифицировать помещения и проемы, при
создании модели в PyroSim необходимо следовать некоторым правилам. Некоторые из
этих правил вытекают из ограничений интегральной модели, другие касаются модуля
идентификации помещений и в следующих версиях могут исчезнуть.
1. Границы помещений определяются очертаниями стен «под потолком». Например,
если дверной проем между помещениями доходит до потолка, то программа определит
эти помещения как одно:

                                         7
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

             а) помещение и коридор, б) одно помещение сложной формы
2. Стены в помещениях должны быть строго вертикальными от потолка до пола (это
следует из предыдущего пункта). FIM в любом случае посчитает, что стены вертикальные,
и модель в FIM будет отличаться от задаваемой пользователем:

3. Отверстия (HOLE) должны быть различимы по ориентации: горизонтальные или
вертикальные. У горизонтальных отверстий высота меньше длины и ширины. В
противном случае отверстие считается вертикальным:

4. Ширина вертикальных проемов (ширина двери) должна быть не менее 2 ячеек сетки.

                                          8
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

5. Вертикальные проемы можно задавать отверстиями или составлять из препятствий, а
горизонтальные проемы задаются только отверстиями:

 Вертикальный проем: а) верно, б) верно    Горизонтальный проем: а) верно, б) неверно

6. Пол каждого помещения должен быть полностью закрыт препятствиями, либо
границей сетки. Все проемы в перекрытиях должны выполняться с помощью отверстий
(HOLE):

               а)                         б)                       в)
а) препятствие полностью закрывает контур помещения – является перекрытием –
получается два помещения одно над другим;
б) препятствия не полностью закрывают контур помещения – не являются перекрытием –
получается одно высокое помещение (перекрытие не учитывается в расчете);
в) препятствие полностью закрывает контур помещения – является перекрытием, в
котором размещено горизонтальное отверстие – получается два помещения одно над
другим, соединенные горизонтальным проемом.

7. Не должно быть целиком вложенных помещений (одно внутри другого). В таком
случае внешнее помещение будет проигнорировано.

8. Форма помещения должна быть такой, чтобы ее можно было описать одним
замкнутым контуром, иначе помещением будет считаться внешний контур.

                                          9
FIM Fire Integral Model - Руководство пользователя FIM 1.0.0
Руководство пользователя FIM

Например, замкнутый коридор надо разбить на отдельные участки:

 а) верно (коридор, разбитый на участки)        б) неверно (помещением будет считаться
                                                            внешний контур)
Чтобы «разбить» коридор на участки, достаточно добавить под потолком препятствие
высотой в одну ячейку сетки. Это препятствие позволит FIM правильно идентифицировать
геометрию. Если на этой же модели будет выполнен расчет FDS, то такое препятствие не
окажет значительного влияния на распространение ОФП.
Аналогичную процедуру разбиения необходимо выполнять в случаях, если один из
размеров помещения превышает два других более чем в 5 раз (чтобы топология
оставалась в области применения интегральной модели).
9. Все элементы топологии выравниваются по сетке с наименьшим размером ячейки.
Поскольку скорость расчета в FIM не зависит от размера и количества ячеек сетки, то для
более точного описания топологии можно задать очень мелкую сетку.
10. В FIM положение датчиков не привязывается к ячейкам сетки (в отличие от FDS).
Таким образом, значения датчика, размещенного на высоте 1,7 метра, будут несколько
отличаться от датчика, размещенного на высоте 1,75.

Ограничения модели FIM версии 1.0
      Герметичные помещения (без проемов) в расчете игнорируются.
      В качестве материала стен всегда принимается бетон.
      У приточной вентиляции игнорируется задание отдельных видов газов
       (MASS_FRACTION – массовая доля поступающих газов).
      Игнорируется работа элементов управления объектами (открыть/закрыть,
       включить/выключить).
      Игнорируются элементы вентиляционных систем HVAC.
      Игнорируются сложные параметры горения (возгорание поверхностей от высокой
       температуры, влияние систем пожаротушения и т.п.).
      Выходными данными являются только результаты датчиков и плоскостей,
       измеряющих следующие параметры: температура, дальность видимости,
       концентрации кислорода, углекислого газа, угарного газа, хлористого водорода.
       Остальные выходные данные, заданные в файле FDS, игнорируются.

                                           10
Руководство пользователя FIM

Интерфейс программы FIM
В программе можно выделить следующие области интерфейса:
    Область элементов управления;
    Область лога.

В области элементов управления пользователь задает путь к расчетному файлу FDS и путь
к выходной папке, в которой будут сохраняться результаты расчета. Ниже расположены
кнопки для запуска и отмены расчета, запуска Smokeview, открытия окна настроек
программы и руководства пользователя.
В области лога отображается процесс загрузки входного файла FDS, анализа топологии,
информация о ходе расчета и о возникших ошибках.

Настройки программы
Окно настроек открывается кнопкой «Settings» и включает в себя две вкладки: на первой
можно установить флаг, проверять ли наличие обновлений при запуске программы; на
второй задается путь к программам FDS и Smokeview:

                                         11
Руководство пользователя FIM

Примеры использования
Далее приведены примеры сравнения расчетов в FDS и FIM.
Исходные файлы примеров (файлы .fds) и результатов сравнения (файлы программы
FireRisk) находятся в папке C:\Program Files\FIM\Examples

Пример 1. Этаж офисного здания
На этаже 12 помещений, коридор, 2 выхода:

Так как длина коридора более чем в 5 раз превышает ширину и высоту, то, согласно
области определения интегральной модели пожара, его следует разбить на части.
Как говорилось выше, границы помещений определяются очертаниями стен «под
потолком», поэтому чтобы разделить коридор на части, но при этом не вносить
значительные изменения, которые могут повлиять на результаты расчета FDS,
необходимо добавить препятствия под потолком коридора, высотой в одну ячейку сетки:

Разделяем коридор на четыре части с соотношением сторон не более 1 к 5 (добавленные
препятствия показаны красным цветом):

                                        12
Руководство пользователя FIM

Модель здания создана в программе PyroSim. Для создания входного файла FDS
выполним команду «Экспорт» - «Файл FDS»:

В программе FIM откроем полученный файл и выполним расчет.

Результаты расчета развития ОФП, полученные с помощью FDS и FIM показаны ниже
(импорт результатов выполнен в программе FireRisk):
    температура

      дальность видимости

                                       13
Руководство пользователя FIM

      концентрация кислорода

      концентрация углекислого газа

      концентрация угарного газа

Хлороводород в реакции данного примера не выделяется.

                                       14
Руководство пользователя FIM

Вывод. Результаты моделирования FIM достаточно точно совпадают с результатами FDS и
позволяют оценить динамику ОФП в качественном и, при определенных допущениях,
количественном отношении. Наилучшее совпадение результатов наблюдается в
помещениях возле помещения очага пожара, где газовую среду можно считать
однородной. Чем дальше от очага пожара, тем хуже совпадают результаты, так как в FDS
газовая среда рассчитывается в каждой ячейке сетки, а интегральная модель
предполагает однородную среду во всем помещении. Если в помещение попадает
небольшое количество опасных факторов (например, в начальной стадии пожара или в
далеком от источника пожара помещении), то результаты интегральной и полевой
моделей могут существенно отличаться (особенно это характерно для дальности
видимости).

                                        15
Руководство пользователя FIM

Пример 2. Этаж с замкнутыми коридорами
Модель здания включает в себя 8 помещений, соединенных общим коридором с
круговым проходом, и 4 выхода наружу:

Этот коридор невозможно описать одним замкнутым контуром, поэтому его необходимо
разбить на части. Добавим препятствия под потолком коридора высотой, равной размеру
ячейки сетки:

При этом, учитывая область определения интегральной модели, соотношение сторон
частей коридора должно быть не более 1 к 5:

                                        16
Руководство пользователя FIM

Из PyroSim выполним экспорт файла FDS, откроем полученный файл в программе FIM и
выполним расчет. Результаты расчета развития ОФП, полученные с помощью FDS и FIM
показаны ниже (импорт результатов выполнен в программе FireRisk):
    температура

      дальность видимости

      концентрация кислорода

                                       17
Руководство пользователя FIM

      концентрация углекислого газа

      концентрация угарного газа

Хлороводород в реакции данного примера не выделяется.

Вывод. Результаты моделирования FIM позволяют оценить динамику нарастания ОФП и
достижение критических значений в первые 2-3 минуты пожара, что достаточно для
предварительной оценки характера развития пожара. Расхождение результатов FIM и FDS
увеличивается по мере удаления расчетных точек от помещения очага пожара и
увеличения продолжительности пожара.

                                        18
Руководство пользователя FIM

Пример 3. Двухэтажная часть здания
Рассматривается часть здания, включающая в себя помещения, расположенные на двух
уровнях, сообщающиеся горизонтальным проемом. Источник пожара находится в
нижнем помещении. В помещении на втором уровне имеется выход наружу и
принудительная вытяжная вентиляция:

Результаты расчета развития ОФП, полученные с помощью FDS и FIM показаны ниже
(импорт результатов выполнен в программе FireRisk).
В интегральной модели величины ОФП в разных точках одного помещения совпадают,
поэтому для сравнения оставлены по одной точке в нижнем и верхнем помещении:
    температура

                                       19
Руководство пользователя FIM

      дальность видимости

      концентрация кислорода

      концентрация углекислого газа

                                       20
Руководство пользователя FIM

      концентрация угарного газа

      хлородовород

Вывод. Результаты моделирования FIM достаточно точно совпадают с результатами FDS
только в начальной стадии пожара (до момента достижения ОФП критических значений)
и только для помещения очага пожара. Как было показано выше, по мере удаления от
помещения очага пожара результаты совпадают хуже. В целом отличия в динамике
развития ОФП по двум моделям можно объяснить тем, что в интегральной модели
завышена (по сравнению с FDS) интенсивность газообмена по вертикали между этажами.
Интенсивный поток воздуха снизу вверх обуславливает более низкие значения ОФП в
нижнем помещении и более высокие в верхнем.

                                        21
Руководство пользователя FIM

Документация
1. Официальный сайт FDS и Smokeview.– https://code.google.com/p/fds-smv/
2. Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учебное
пособие / Ю.А. Кошмаров. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2000. – 118 с.
3. Руководство PyroSim.– http://www.pyrosim.ru/download/Pyrosim_rus_manual.pdf
4. Руководство FireRisk.– http://www.pyrosim.ru/download/FireRisk_manual.pdf
5. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и
строениях различных классов функциональной пожарной опасности (приложение к
приказу МЧС России от 30.06.2009 г. № 382).
6. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных
объектах (приложение к приказу МЧС России от 10.07.2009 г. №404).

                                           22
Вы также можете почитать