Моделирование пожара при горении скатных крыш
DOI:
https://doi.org/10.33408/2519-237X.2026.10-1.5Ключевые слова:
противопожарный разрыв, горение крыш, численное моделирование, тепломассоперенос, плотность теплового потока, вычислительная гидрогазодинамикаАннотация
Цель. Разработать физико-математическую модель и определить закономерности теплового и газодинамического взаимодействия при горении скатных крыш, выполненных из горючих строительных материалов, с применением методов вычислительной гидрогазодинамики. Рассмотреть процессы формирования конвективных и радиационных потоков для дальнейшего уточнения геометрических параметров излучающей поверхности и оценки теплового воздействия на соседние здания и сооружения.
Методы. Численное моделирование горения скатных крыш в программной среде ANSYS Fluent 2022 R2. Расчеты выполнены на основе решения осредненных уравнений Рейнольдса с применением модели SST k–ω турбулентности, модели турбулентного горения с учетом модели диссипации вихря, метода дискретных ординат для радиационного теплообмена, модели пиролиза кровельных материалов и одношаговой модели сажеобразования. Граничные условия заданы на основе ранее проведенных экспериментальных исследований.
Результаты. Получены пространственно-временные распределения температурных полей, интенсивности тепловых потоков при горении скатных крыш. По результатам численного моделирования в программной среде Ansys Fluent установлено, что при горении крыши на расстоянии 1 м по горизонтали и 1 м по вертикали от фронтона и ската крыши значения температур лежат в интервале от 530 до 590 К, а плотность теплового потока составляет от 4,5 до 8,0 кВт/м². Полученные данные согласуются с результатами экспериментальных исследований, подтверждая достоверность модели. Комплексно исследованы процессы пиролиза, турбулентного горения, лучистого теплообмена и сажеобразования при моделировании горения скатных крыш.
Область применения исследований. Определение величины противопожарных разрывов между зданиями с крышами, выполненными из горючих материалов. Полученные данные могут быть использованы при совершенствовании инженерных методик и нормативных правовых актов по пожарной безопасности, а также представляют практический интерес для проектных институтов, сотрудников МЧС и научно-образовательных учреждений.
Библиографические ссылки
Pastukhov S.M., Chornyy A.D., Teteryukov A.V. Inzhenernaya metodika opredeleniya protivo-pozharnykh razryvov mezhdu zdaniyami s dvuskatnymi kryshami vypolnennymi iz goryuchikh materialov [Engineering method for determining fire safety spacing between buildings with gable roofs made of combustible materials]. Journal of Civil Protection, 2025. Vol. 9, No. 2. Pp. 139–154. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2025.9-2.139. EDN: https://elibrary.ru/ATFSVQ.
Roytman M.Ya. Protivopozharnoe normirovanie v stroitel'stve [Fire safety regulation in construction]. Moscow: Stroyizdat, 1985. 590 p. (rus).
Grushevskiy B.V., Yakovlev A.I., Krivosheev I.N., Shurin E.T., Klimushin N.G. Pozharnaya profilaktika v stroitel'stve [Fire prevention in construction]: textbook. Ed. by V.F. Kudalenkin. Moscow: Glavmosstroy, 1985. 454 p. (rus)
Chitty R. External fire spread: building separation and boundary distances: Report BR 187. 2nd ed. Garston, Watford: Building Research Establishment, 2014. 68 p. ISBN 9781848063198.
Drysdale D. An introduction to fire dynamics. Chichester: University of Edinburgh, 1999. 470 p. ISBN 0471972908.
Karlsson B., Quintiere J.G. Enclosure fire dynamics. Boca Raton: CRC Press, 2000. 316 p. ISBN 0849313007.
Carlsson E. External fire spread to adjoining buildings – A review of fire safety design guidance and related research. Lund: Department of Fire Safety Engineering Lund University, 1999. 125 p.
Zaytsev V.V. Protivopozharnye rasstoyaniya mezhdu avtotransportnymi sredstvami na otkrytykh prostranstvakh [Fire safety distances between vehicles in open spaces]: PhD tech. sci. diss.: 05.26.03. State Fire Academy of EMERCOM of Russia. Moscow, 2006. 122 p. (rus)
Khabibulin R.Sh. Ustoichivost' k vozdeistviyu teplovykh potokov pozhara gorizontal'nykh rezervuarov s nefteproduktom [Resistance to fire heat flux impact of horizontal reservoirs with petroleum products]: PhD tech. sci. diss.: 05.26.03. State Fire Academy of EMERCOM of Russia. Moscow, 2010. 162 p. (rus).
Mironenko R.V. Ogranichenie rasprostraneniya pozhara cherez mnogosvetnye pomeshcheniya po zdaniyam torgovo-razvlekatel'nykh tsentrov [Limiting fire spread through multi-light spaces in shopping and entertainment center buildings]: PhD tech. sci. diss.: 05.26.03. State Fire Academy of EMERCOM of Russia. Moscow, 2017. 145 p. (rus)
Goman P.N. Vosplamenyaemost' nazemnogo goryuchego materiala khvoinykh nasazhdeniy pri vozdeystvii teplovogo izlucheniya lesnogo pozhara [Inflammability of ground combustible material in coniferous plantations under the influence of thermal radiation from a forest fire]: PhD tech. sci. diss.: 05.26.03. Institute for Command Engineers of the MES of the Republic of Belarus. Minsk, 2013. 163 p. (rus).
Pastukhov S.M., Teteryukov A.V. Metodika provedeniya eksperimental'nykh issledovaniy po opredeleniyu geometricheskikh parametrov plameni pri gorenii krovel'nykh materialov [The method of experimental researches to determine the geometric parameters of the flame during combustion of roofing materials]. Journal of Civil Protection, 2018. Vol. 2, No. 2. Pp. 176–185. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2018.2-2.176. EDN: https://elibrary.ru/XPAXID.
Pastukhov S.M., Platonov A.S., Teteryukov A.V., Drobysh A.S. Matematicheskaya model' opredeleniya uglovogo koeffitsienta obluchennosti pri raschete protivopozharnykh razryvov mezhdu zdaniyami s dvuskatnymi kryshami vypolnennymi iz goryuchikh materialov [Mathematical model for determining the configuration factor when calculating fire risks between buildings with double roofs made of combustible materials]. Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 1. Pp. 93–103. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-1.93. EDN: https://elibrary.ru/DBRUSN.
Pastukhov S.M., Platonov A.S., Teteryukov A.V., Drobysh A.S. Matematicheskaya model' opredeleniya uglovogo koeffitsienta obluchennosti dlya rascheta plotnosti teplovogo potoka, prikhodyashchego ot izluchatelya ploskoy formy [Mathematical model for determining the angular irradition coefficient for calculating the heat flux density coming from a plane-shaped emitter]. Journal of Civil Protection, 2025. Vol. 9, No. 1. Pp. 5–20. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2024.9-1.5. EDN: https://elibrary.ru/DIVTKW.
Pastukhov S.M., Zhamoydik S.M., Teteryukov A.V. Analiz podkhodov po otsenke minimal'no dopustimykh rasstoyaniy mezhdu zdaniyami pri vozdeystvii pozhara [Analysis approaches for the assessment minimum distance between the buildings at the case of fire exposure]. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus', 2014. No. 2 (20). Pp. 23–31. (rus). EDN: https://elibrary.ru/SWENLV.
Field modeling approach. Computational fluid dynamics in fire engineering: Theory, modelling and practice. Edited by: Guan Heng Yeoh, Kwok Kit Yuen. Butterworth-Heinemann, 2009. Chapter 2. Pp. 29–133. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8589-4.00002-8.
Ryzhov A.M., Khasanov I.R., Karpov A.V., Volkov A.V., Litskevich V.V., Dekterev A.A. Primenenie polevogo metoda matematicheskogo modelirovaniya pozharov v pomeshcheniyakh [Application of the field method of mathematical modeling of indoor fires]: methodological recommendations. Moscow: FGBU VNIIPO of EMERCOM of Russia, 2003. 35 p. (rus).
Cameron A., Asimakopoulou E. Radiative heat transfer methodologies from compartment fires to adjacent walls: A numerical investigation. Journal of Physics: Conference Series, 2024. Vol. 2885. Article 012027. 6 p. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2885/1/012027.
Pesic D., Zigar D., Raos M., Anghel I. Simulation of fire spread between residential buildings regarding safe separation distance. Technical gazette, 2017. Vol. 24, No. 4. Pp. 1137–1145. DOI: https://doi.org/10.17559/TV-20150923233514.
Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal (AIAA Journal), 1994. Vol. 32, No. 8. Pp. 1598–1605. DOI: https://doi.org/10.2514/3.12149.
Snegirev A.Yu. Modelirovanie teplomassoobmena i goreniya pri pozhare [Modeling of heat and mass transfer and combustion in fire]: Grand PhD tech. sci. diss.: 01.04.14. Academy of Civil Aviation. Saint-Petersburg, 2004. 271 p. (rus)
Magnussen B.F., Hjertager B.H., Olsen J.G., Bhaduri D. Effects of turbulent structure and local concentrations on soot formation and combustion in C2H2 diffusion flames. Symposium (International) on Combustion, 1979. Vol. 17, No. 1. Pp. 1383–1393. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(79)80130-7.
Fiveland W.A. Discrete-ordinates solutions of the radiative transport equation for rectangular enclosures. ASME Journal of Heat and Mass Transfer, 1984. Vol. 106, No. 4. Pp. 699–706. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3246741.
Additional considerations in field modeling. Computational fluid dynamics in fire engineering: Theory, modelling and practice. Edited by: Guan Heng Yeoh, Kwok Kit Yuen. Butterworth-Heinemann, 2009. Chapter 3. Pp. 135–266. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8589-4.00003-X.
Parsa V., Santiago A., Laim L. Computational fluid dynamics of compartment fires: A review of methods and applications. Applied Sciences, 2025. Vol. 15, No. 5. Article 2342. DOI: https://doi.org/10.3390/app15052342.
Fletcher D.F., Kent J.H., Apte V.B., Green A.R. Numerical simulation of smoke movement from a pool fire in a ventilated tunnel. Fire Safety Journal, 1994. Vol. 23, No. 3. Pp. 305–325. DOI: https://doi.org/10.1016/0379-7112(94)90033-7.
Further considerations in field modeling. Computational fluid dynamics in fire engineering: Theory, modelling and practice. Edited by: Guan Heng Yeoh, Kwok Kit Yuen. Butterworth-Heinemann, 2009. Chapter 4. Pp. 267–365. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8589-4.00004-1.
Di Blasi C. Modeling chemical and physical processes of wood and biomass pyrolysis. Progress in Energy and Combustion Science, 2008. Vol. 34, No. 1. Pp. 47–90. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2006.12.001.
Kung H.C. A mathematical model of wood pyrolysis. Combustion and Flame, 1972. Vol. 18, No. 2. Pp. 185–195. DOI: https://doi.org/10.1016/S0010-2180(72)80134-2.
Esin V.M., Kalmykov S.P., Panov M.V. [et al.]. Pozharnaya bezopasnost' v stroitel'stve [Fire safety in construction]: textbook in 2 parts. Moscow: State Fire Academy of EMERCOM of Russia, 2013. Part 1. Pozharnaya bezopasnost' sistem otopleniya i ventilyatsii [Fire safety of heating and ventilation systems]. 275 p. (rus)
Опубликован
Как цитировать
Лицензия
Все права защищены (c) 2026 Полевода И.И., Чорный А.Д., Тетерюков А.В.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
