35
(2.3)
Для прямых гладких цилиндрических труб экспериментально
установлена зависимость коэффициента гидравлического трения λ от числа
Рейнольдса [14]:
– для ламинарного режима движения жидкости (Re ≤ 2320);
– для турбулентного режима движения (Re>2320);
где Re – число Рейнольдса:
(2.4)
где ν – кинематическая вязкость, м
2
/с.
Будем считать, что при t = 0 рассматриваем участок Δx= L (рис. 1),
заполненный жидкостью;
приt =t+t в трубе создается перепад давления Δр = p2 – p1,в результате чего
происходит движение жидкости.
При условии, что жидкость несжимаемая, массовый расход жидкости
определяется соотношением:
(2.5)
Отсюда:
(2.6)
С учетом уравнения (2.2) получим изменение массового расхода [16]:
(2.7)
Сравним получаемые расчетные значения скорости по модели со
значением скорости для стационарного течения по уравнению:
(2.8)
где Δp = p
1
– p
2
– перепад давлений на участке;
36
– коэффициент гидравлических сопротивлений, определяемый по
формуле:
(2.9)
Для расчета примем исходные данные: ρ = 1000 кг/м3; р1=202650 Па;
р2 = 101325 Па; L=100 м; ν = 1·10–6 м2/с; d=0,05 м.
Результат решения уравнения (2.1) методом Эйлера приведен на рисунке
2.4.
Рисунок 2.4 - Зависимость скорости движения жидкости в трубопроводе во
времени
Графики на рисунке 2.4 показывают адекватность модели описания
нестационарного течения (2.1) со значением скорости для стационарного
течения (2.5). Видно, что зависимость скорости движения жидкости от
времени прямо пропорциональна, с некоторого момента графики скорости
совпадают(≈2,44 м/с).
При установившемся режиме число Рейнольдса равно:
37
Присутствует турбулентный режим движения жидкости. На рисунке
2.4 представлены графики выхода системы на рабочий режим при
применении различных временных шагов (таблица2.1).
Таблица 2.1 - Время выхода системы на рабочий режим при различном шаге
Шаг по времени ∆t, с
0,1
0,5
1,0
Время выхода на рабочий режим, с
7,6
7
6
Для дальнейших расчетов выберем наиболее оптимальный шаг
интегрирования ∆t=0,1 с.
Рассмотрим разработанную математическую модель на примере
(рисунок2.5).
Рисунок2.5 - Аксонометрическая схема спринклерной АУП:
А-Д – питающий трубопровод; 1-5, 6-10, 11-15 – распределительный
трубопровод
38
Проведем исследования изменения скорости и массового расхода
жидкости в зависимости от условий вскрытия теплового замка
спринклерного оросителя и с учетом изменения давления в
гибропневмобаке.
Исходные данные: ρ=1000 кг/м
3
; р
1
=253312,5 Па; р
2
=101325 Па; ξ
м
=30;
ν=110–6 м
2
/с.
Рассмотримслучайпослевскрытиятепловогозамкаспринклерногооросителя:
1. Водапоступаетизбака (т. A) вороситель 15.
2. Водапоступаетизбака (т. A) вороситель 10.
3. Водапоступаетизбака (т. A) вороситель 5.
На рисунке2.6 представлена зависимость изменения давления р по
времени t в системе при вскрытии оросителей различной отдаленности.
Рисунок2.6 - График изменения давления р в системе по времени t при
вскрытии оросителей различной отдаленности
Из рисунка2.6 видно, что чем ближе ороситель к пневмобаку 1 (точка
А рисунок2.5), тем снижение давления р между ними осуществляется за
меньшее время. На рисунке2.7 представлена зависимость изменения
скорости истечения от различной отдаленности оросителей.
39
Рисунок2.7 - График изменения скорости истечения по времени при
вскрытии оросителей различной удаленности
Из рисунка2.7 видно, что чем ближе ороситель к пневмобаку 1 (точка
А рисунок2.5), тем время выхода системы на рабочий режим сокращается.
Открытие отверстия спринклерного оросителя имеет определенную
задержку по времени t
0
до достижения полного проходного сечения f
р
.
Данную зависимость можно отразить графически (рисунок2.8).
Рисунок2.8 - График достижения полного проходного сечения оросителя
Из рисунка2.8 видно, что время достижения полного проходного
сечения оросителя f
р
= 1,77 см2 составляет t
0
= 2 с. Отразим на рисунке2.9
40
зависимость на примере массового расхода жидкости при вскрытии
наиболее приближенного к баку (к точка А рисунок2.5) оросителя 15.
Рисунок2.9 - Зависимость массового расхода жидкости от времени
для оросителя 15
Из рисунка 2.9 видно, что в первые 2 секунды работы системы
массовый расход жидкости с учетом заданной задержки зависит от
величины поперечного сечения спринклера: через 1 с площадь проходного
сечения будет равна 0,884 см
2
, что в 2 раза меньше полного проходного
сечения 1,77 см
2
, таким образом, массовый расход через 1 с работы системы
уменьшится в 2 раза и будет равен 0,09 кг/с. Через 2 секунды работы
спринклер полностью откроется, достигнет своего полного проходного
сечения, и массовый расход будет равен 0,24 кг/с. Система выйдет на
рабочий режим через 3,5 с с массовым расходом G = 0,26 кг/с.
В общем случае давление в пневмобаке является непостоянной
величиной. Примем, что изменение давления р
1
по времени t описывается
зависимостью, приведенной на рисунке2.9.
41
Рисунок2.9 - Закон изменения давления р1 по времени t
Из рисунка2.9 видно, что время изменения давления от р
1нач
=
253312,5 Па до р
1кон
= 101325 Па равно t
0
= 15 с. На рисунке2.10
представлена зависимость влияния постоянного и переменного давления на
время выхода системы на рабочий режим для оросителя 15.
Рисунок2.10 - Влияние постоянного и переменного давления на
время выхода системы на рабочий режим для оросителя 1
42
Из рисунка 2.10 видно, что при непостоянном давлении (рисунок 2.9)
скорость истечения после достижения своего максимального значения (1,31
м/с) будет изменяться в зависимости от закона изменения давления. В
данном случае скорость истечения будет постоянно убывать до нуля.
В результате расчета математической модели на примере системы,
изображенной на рисунке 2.5, можно сказать:
1. В случае если ороситель имеет задержку по времени до достижения
полного проходного сечения, массовый расход жидкости напрямую зависит
от текущей площади поперечного сечения спринклера.
2. В случае если в системе присутствует непостоянное давление
(рисунок 2.9), скорость истечения после достижения своего максимального
значения (1,31 м/с) будет изменяться в зависимости от закона изменения
давления. В данном случае скорость истечения будет постоянно убывать до
нуля.
2.4 Выводы по второй главе
Во второй главе разработана структурная схема системы, состоящая
из трех уровней:
Верхний уровень – рабочее место оператора;
Средний уровень – контроллеры;
Нижний уровень – датчики и исполнительные механизмы.
Также, во второй главе описаны функции системы, основной из
которых является обнаружение очага пожара, путем контроля давления в
трубопроводах с установленными спринклерными распылителями,
закрытыми колбами, разрушающимися при повышении температуры.
Разработка математической модели спринклерной системы
пожаротушения позволила определить необходимость установки колб,
разрушающихся при разных температурах, т.к. в зависимости от длинны
43
трубопровода будет увеличиваться время начала тушения, а следовательно,
удаленные спринклера должны открываться раньше.
Полученные данные позволяют перейти к реализации системы.
44
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ
3.1 Выбор аппаратного обеспечения системы, разработка
принципиальной схемы
Согласно техническим условиям, водоснабжение здания
осуществляется от городской водопроводной линии Д=500 мм по двум
вводам Ду=325 мм. Гарантированный напор в месте присоединения
составляет 40 м.
Защите воздушно-водяной установкой автоматического
спринклерного пожаротушения подлежит подземная автостоянка на отм. -
11,200.
Защите водозаполненной установкой автоматического спринклерного
пожаротушения подлежат помещения здания, расположенные на отметках -
6,000; 0,000; +6,000; +12,000.
В соответствии со специальными техническими условиями на
проектирование противопожарной защиты здания установлены следующие
параметры установки пожаротушения:
для подземной автостоянки интенсивность 0,18 л/(с·мІ) и
площадью орошения 240 мІ;
для подземно - надземной части здания с атриумом интенсивность
0,12 л/(с·мІ) и площадью орошения 120 мІ;
для торгового зала гипермаркета: интенсивность 0,18 л/(с·мІ) и
площадью орошения 120 мІ;
для галерей безопасности: интенсивностью орошения не менее 0,16
л/(с·мІ) и площадью орошения 120 мІ;
для остальных помещений в соответствии с требованием СП
5.13130.2009;