В этой статье мы более подробно познакомимся с таким элементом сценария развития пожаров в программе Fenix+, как область расчёта.
Какие вопросы разберем?
- Что такое расчетная область и чем она отличается от элементов области расчета в проекте Fenix+?
- Какими параметрами характеризуется область расчета и как они влияют на результаты моделирования пожара?
- Как определяются размеры и как размещается область расчета?
- Плюс дадим рекомендации по размещению областей расчета в сценарии программы Fenix+.
Давайте начнем с того, что одним из этапов подготовки сценария является задание расчетной области.
Что же такое расчетная область?
Прежде чем ответить на этот вопрос, мы позволим сделать утверждение, что провести моделирование развития пожара во всём пространстве просто физически невозможно.
Действительно, ведь только задание начальных, граничных условий и, соответственно, просто описание сценария в бесконечном пространстве (или достаточно большом объеме пространства), потребует времени, которое просто неприемлемо с практической точки зрения. Поэтому моделирование развития пожара происходит, как правило, в относительно небольшом выделенном объеме пространства.
И именно это пространство, где моделируется развитие пожара и распространения ОФП, и есть расчетная область.
Нет каких-то критериев и требований к тому, какой формы и какого размера должна быть расчетная область и какими параметрами она должна характеризоваться. Всё определяется конкретной моделью, реализацией и математической моделью развития пожара, которая используется.
Fenix+ для моделирования динамики развития пожара используется программа FDS. В FDS расчётная область составляется из нескольких прямоугольных параллелепипедов. Ниже вы можете посмотреть картинку с примером.
В Fenix+, чтобы задать расчетную область, используется специальный элемент, который имеет созвучное название «область расчёта». С помощью одного или нескольких элементов области расчёта мы можем задать расчетную область для моделирования развития пожара, требуемой нам конфигурации.
Каждая область расчёта в Fenix+ имеет форму прямоугольного параллелепипеда, стороны которого ориентированы вдоль осей координат. Каждая область расчёта характеризуется размером и расположением.
Пользователь имеет возможность задать вручную размеры области расчёта в горизонтальной плоскости XY, а высота области расчета определяется программой автоматически и зависит от элементов, которые расположены на этаже, где размещается область расчёта.
Следующие параметры, которые характеризуют область расчёта - это размер ячейки и состояние боковых граней. Области расчета могут быть расположены абсолютно произвольно.
Ниже вы можете видеть пример, где области расчета пересекаются, касаются и вообще не имеют общих точек. Причем параметры каждой области расчета могут быть различными.
Как мы уже писали выше, в горизонтальной плоскости, плоскости XY, размеры области расчета определяет сам пользователь с помощью инструмента «Область расчёта».
Вдоль оси Z (то есть по высоте) размеры области расчета определяются автоматически. И высота области расчета будет определяться элементами, которые расположены на этом же этаже и которые попадают в контур области расчёта.
Давайте разберем два примера.
В левой части на этаже расположен объект, высота которого меньше высоты этажа. В этом случае высота области расчета будет равна высоте этажа и располагаться она будет от уровня этажа.
В правой части этого изображения показана ситуация, когда на этаже расположен объект, который, ниже уровня этажа и его верхний уровень превышает высоту этажа.
В этом случае высота области расчета будет определена таким образом, чтобы объект полностью попадал в область расчета.
Следующий, немаловажный параметр — это размер ячейки области расчёта.
Что такое размер ячейки?
Размер ячейки — это параметр, который определяет степень дискретизации пространства при моделировании динамики развития пожара.
Что это означает?
Дело в том, что при моделировании всё пространство разделяется на небольшие кубики. В каждом кубике этого пространства считается, что все физические величины (температура, концентрация кислорода, концентрация углекислого газа и т.д.) одинаковы, а в соседних кубиках, разумеется, может отличаться.
Соответственно размер ячейки определяет насколько маленького размера будут эти кубики. И логично, что чем размер ячейки меньше, тем точнее все объекты будут передаваться для моделирования.
В результате, уменьшение размера ячейки приводит к:
- повышению “качества” получаемых результатов;
- увеличению количества оперативной памяти, необходимой для моделирования;
- увеличению объемов результата моделирования для хранения на жестком диске;
- увеличению времени моделирования.
Казалось бы, что нам мешает брать как можно меньший размер ячейки, чтобы получать как можно точный результат?
Дело в том, что уменьшение размера ячейки, кроме, безусловно, положительного эффекта, как повышения получаемых результатов, приводит к тому, что количество оперативной памяти, которая будет необходима для моделирования подготовленного таким образом сценария, будет очень большая.
Кроме того, результаты моделирования также будут занимать на жестком диске компьютера существенно большее пространство. Ну и пожалуй самое главное: чтобы получить эти результаты, придется затратить намного больше времени.
По итогу, уменьшение размера ячейки ведет к тому, что мы получаем более точные результаты, но нужно больше ресурсов как компьютера, так и времени для того, чтобы их получить.
Именно поэтому здесь должен быть всегда какой-то компромисс, чтобы, с одной стороны, получить результаты, приемлемые для цели расчета, а с другой, не затратить на это несколько недель или месяцев.
Теперь давайте обсудим влияние состояния граней области расчета.
Как было обозначено ранее, область расчета представляет собой треугольный параллелепипед, соответственно, у него есть шесть граней. В программе Fenix+ мы разделяем нижнюю грань, верхнюю грань и все боковые. Они могут быть либо открыты, либо закрыты.
Закрытая грань - это фактически “железобетонная стена” за пределы которой никакие опасные факторы пожара не распространяются. В результате мы получаем область расчета с полностью закрытыми гранями из которого ничто не выходит.
А открытая грань означает, что опасные факторы пожара, достигнув ее границы, попадают во внешнюю окружающую среду и уже бесследно исчезают из моделирования.
Выше показана демонстрация эффекта от включения открытости и закрытости каждой грани на простом примере.
Как это влияет на характер развития пожара?
Если несколько областей расчёта соприкасаются, то не имеет значения, какого состояния грани закрытой или открытой находится в месте соприкосновения.
В любом случае, опасные факторы пожара, в частности дым, будут беспрепятственно распространяться в месте соприкосновения областей. Пример показан чуть выше.
В каких ситуациях выбор области расчёта может существенным образом оказывать влияние на результаты развития пожара?
Если выбрать область расчёта достаточно маленькую, то может оказаться, что большое количество продуктов горения в помещении, которыми нельзя пренебрегать, просто не будут учитываться при моделировании.
Если выбрать очень маленькие размеры ячейки области расчета или просто сделать их наоборот очень большими, то на получение результатов может понадобиться время, которое просто не приемлемо с практической точки зрения.
Именно поэтому к выбору размещения областей расчета следует подходить достаточно ответственно.
Теперь давайте сформулируем некоторые рекомендации, как размещать области расчёта, чтобы получить результаты, максимально соответствующие реальности и не затратить на это очень большое количество времени.
Первое - Охватывать минимум пустого пространства вне здания. Размещать области расчёта следует там, где возможно распространение опасных факторов пожара.
Отдельно следует отметить, что нужно обращать внимание на систему помещений атриумного типа и возможность распространения опасных факторов пожара по лестничным клеткам на вышележащие этажи. Дело в том, что в помещениях атриумного типа задымление скорее произойдет на верхних этажах, чем на нижних, поэтому область расчёта должна охватывать все помещение.
Второе - Не надо размещать область расчёта там, где распространение опасных факторов пожара просто невозможно.
Третье - Не размещайте области расчета таким образом, чтобы граница области расчёта совпадала на большой протяженности со стенами.
Дело в том, что такие стены, в зависимости от расположения, могут не учитываться при моделировании. Поэтому, чтобы это не стало сюрпризом, что какая-то стена пропала при моделировании, лучше делать так, чтобы область расчёта охватывала стены целиком.
Четвертое - Следует избегать, чтобы области расчёта, их границы, пересекали двери, окна, вентиляционные клапаны, очаги пожара.
Пятое - Не надо делать много небольших областей расчёта, пытаясь как можно точнее передать геометрию здания.
Шестое - Избегать наложения областей расчёта.
Несмотря на то, что программа позволяет разместить области расчёта так, чтобы они пересекались друг с другом (это не запрещено), лучше стараться этого избегать, чтобы сократить время моделирования. На следующих слайдах я продемонстрирую эти рекомендации на конкретных примерах. Вот эта рекомендация, понятно, что там, где минус, так делать не надо, плюс это там, где более предпочтительный вариант.
В заключении давайте подведем итоги:
- Расчетная область - ключевой элемент в моделировании пожара.
- Расчетная область влияет на:
- корректность получаемых результатов;
- время и ресурсы ПК, необходимые для получения результатов.
- Область расчета - элемент, с помощью которого задается расчетная область в проекте Fenix+ .
- Следуйте рекомендациям размещения области расчета, чтобы не возникало проблем, вы получали максимально возможный реалистичный результат моделирования и экономили время на подготовку проекта в Fenix+ .
При желании, чтобы закрыть пробелы в знаниях и решить возникающие проблемы, вы можете обратиться к материалам на нашем сайте в разделе “Обучение” или скачать демоверсию программного комплекса Fenix+ бесплатно.
Спасибо за внимание!
Желаем вам успехов в подготовке и сдаче расчетов пожарного риска!