CC BY
0УДК 614.84 Ентус А.С., СеменовИ.В.
Ентус А.С.
преподаватель Колледж имени дважды Героя Советского Союза Маршала Советского Союза В.И. Чуйкова (г. Москва, Россия)
Семенов И.В.
курсант
Колледж имени дважды Героя Советского Союза Маршала Советского Союза В.И. Чуйкова (г. Москва, Россия)
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ: РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
Аннотация: в работе рассматриваются основные режимы течения жидкостей, представлены характеристики каждого из них с учетом значения данной темы в системе обеспечения пожарной безопасности.
Ключевые слова: режим течения, число Рейнольдса, ламинарное течение жидкости, турбулентное течение, пожарная безопасность.
Состояние пожарной безопасности объекта характеризуется установленной вероятностью возможности возникновения и развития пожара, воздействия на людей опасных факторов пожара, обеспечения защиты материальных ценностей. С этой точки зрения важнейшее значение имеет изучение различных законов и аспектов обеспечения пожарной безопасности. К их числу относятся и законы гидродинамики. В данной работе мы коснемся
1873
одного из аспектов обеспечения пожарной безопасности средствами гидродинамики, а именно режимов течения жидкостей.
Прежде всего отметим, что в гидродинамике выделяются два основные режима течения жидкостей: ламинарный и турбулентный. Это принципиально разные режимы: если при ламинарном течении жидкость протекает без пульсации скоростей, то турбулентный режим характеризуется пульсацией скоростей - как по величине, так и по направлению, при этом пульсации обусловливается шероховатостью стенок трубы и вязкостью жидкости.
Схематично представить режимы течения жидкостей можно следующим образом (рис. 1).
Можно сказать, что при ламинарном течении линии тока жидкости вполне определяются формой русла и векторы скоростей - только лишь осевыми составляющими. При турбулентном же течении векторы скоростей имеют не только осевые составляющие, но и составляющие, нормальные к оси русла - именно поэтому при турбулентном течении происходит интенсивное перемешивание жидкости, обусловленное пульсациями скоростей и давлений.
С точки зрения обеспечения пожарной безопасности важно отметить, что смена режимов происходит вследствие изменения скорости движения жидкости в трубе, и такой переход носит скачкообразный характер. Критическое значение скорости, обусловливающее смену режимов течения жидкости, характеризуется числом Рейнольдса, обозначаемым Яе. Шкала чисел Рейнольдса с указанием коэффициента гидравлического трения 1 приведена на рис. 2.
а
б
Рис. 1. Режимы течения жидкости: а - ламинарный, б - турбулентный.
1874
Ре
кр
Ре
Ламинарный режим
Турбулентный режим
л = в-±
Ре
Л = 0.11
г 68 Д у>25
Рис. 2. Шкала чисел Рейнольдса (Л- коэффициент гидравлического трения,
ё - диаметр трубы).
Соответственно критическое значение скорости, при которой происходит смена режимов течения жидкости, можно найти по формуле:
V кр = Яекр и / ё ,
где Яекр - критическое число Рейнольдса, и - кинематическая вязкость жидкости, ё - диаметр трубы.
Число Рейнольдса - величина безразмерная, зависящая от скорости движения жидкости, диаметра трубопровода, вязкости жидкости, а также от формы проходного сечения (рис. 3).
0
а
б
в
г
Рис. 3. Примеры формы проходного сечения: а - гладкий концентрический зазор, б - гладкий эксцентрический зазор, в - пакет дроссельных шайб, г - рабочая щель золотника
Опытным путем установлены значения Яе кр (таблица 1).
1875
Таблица 1. Значения критического числа Рейнольдса
Характеристика течения жидкости Величина Явкр
Напорный поток 2320
Безнапорный поток 500
Гладкий концентрический зазор 1100
Гладкий эксцентрический зазор 1000
Пакет дроссельных шайб 480
Рабочая щель золотника 260
При соотношении Яе < Яекр течение является ламинарным, при превышении значения Яе над Яе кр течение становится турбулентным. Известно, что увеличение расхода жидкости в гладкой цилиндрической трубе приводит к смене ламинарного режима течения на турбулентное.
Таким образом, для выяснения типа режима течения жидкости нужно рассчитать число Рейнольдса Re и сравнить его с критическим значением Яекр. Ламинарное течение всегда считается установившимся, а турбулентное течение, в строгом понимании, неустановившееся, поскольку во всех точках потока величины скоростей и давлений меняются во времени, и линии тока жидкости отличаются большим разнообразием. Если эти изменения представляют собой колебания относительно некоторого среднего значения, то такое турбулентное течение можно считать установившимся. Все эти подходы следует учитывать при расчетах параметров пожарной безопасности объектов, установок и систем: систем пожарного водоснабжения, систем аварийного слива легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, автоматических установок пожаротушения и т.д. Гидравлика является одной из фундаментальных дисциплин, знание которой необходимо специалистам пожарной безопасности.
1876
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Абросимов Ю.Г., Иванов А.И., Качалов А.А. и др. Гидравлика и противопожарное водоснабжение: учебник для слушателей и курсантов пожарно-технических образовательных учреждений МЧС России. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 422 с;
2. Мочалова Т.А., Сторонкина О.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учебное пособие. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2020. 145 с.;
3. Травкина В.В., Онищенко С.А. Применение гидравлики в противопожарной безопасности [Электронный ресурс]. URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/99125/160-162.pdf?sequence=1&isAllowed=y&ysclid=lx4lh157l8967480434 (дата обращения: 30.05.24)
Entus A.S., Semenov I. V.
Entus A.S.
College named after twice Hero of Soviet Union, Marshal of Soviet Union V.I. Chuikov (Moscow, Russia)
Semenov I.V.
College named after twice Hero of Soviet Union, Marshal of Soviet Union V.I. Chuikov (Moscow, Russia)
HYDRODYNAMIC FUNDAMENTALS OF FIRE SAFETY: MODES OF LIQUID FLOW
Abstract: the paper discusses the main modes offluid flow, presents the characteristics of each of them, taking into account the significance in the fire safety system.
Keywords: flow regime, laminar flow, turbulent flow, Reynolds number, fire safety.
1877
