CC BY
74
3. Военный энциклопедический словарь. / А. П. Горкин и др. — М.: Большая Российская энциклопедия 2002. — 1664 с.
4. Оружие России 2000. — М.: Военный парад, 2000. — 824 с.
5. Описание систем управления беспилотными летательными аппаратами. — Челябинск: Южно-Уральский государственный университет, 2009. — 16 с.
6. Поиск объектов. / В. А. Абчук, В. Г. Суздаль. — М.: Советское радио, 1977. — 336 с.
Повышение эффективности динамических систем дымоудаления
за счет применения коробчаты1х вставок
Назаров Г. Е., Семенова К. В., Ульев Д. А.,
Ивановский институт ГПС МЧС России, г. Иваново
Дымо- и теплоудаление - важная часть пожарной безопасности зданий и сооружений. При пожаре в здании 90 % жертв пожара погибают не от огня, а от отравления токсическими газами.
При работе динамических систем дымоудаления в продольных вентиляционных шахтах, имеющих множество всасывающих отверстий (решеток), основной объём дымоудаления приходится на расположенные по краям отверстия, что в свою очередь приводит к почти полному отсутствию дымоудаления в центре. Это является причиной того, что по всей длине вентиляционной шахты (где расположены отверстия) дым распространяется беспрепятственно, а его удаление начинается только около краев шахты, что крайне негативно сказывается на площади задымления и скорости дымоудаления.
При решении этой задачи может быть использована особая конструкция вентиляционных каналов со специально подобранными вставками [1].
Задача вставок - обеспечить одинаковый расход воздуха на различных участках отверстия воздуховода. Вставки разделяют внутреннее пространство на полностью или частично изолированные друг от друга области с равной живой площадью поперечного сечения. Таким образом, в непосредственной близости от отверстия образуются несколько зон разряжения, что приводит к равномерному распределению аэрозоля по сечению вентиляционного канала. Количество вставок должно быть оптимально, то есть создавать условия равномерного распределения продуктов дымоудаления и не повышать гидравлического сопротивления всей системы.
Количество областей разряжения, организуемых вставками, определялось из следующих соображений.
• На большей площади сечения контролировать равномерность расхода воздуха сложнее, чем на небольшом по размерам участке.
• На большей длине зоны разряжения неравномерность расхода воздуха по длине тем выше, чем больше длина.
• Большое количество элементов вставок усложняют конструкцию в целом и ее изготовление в частности.
Рис. 1. Вставка коробчатая
Согласно данной методике [2], необходимо, чтобы расходы воздуха через каналы, образованные секциями, были равны. Тогда перепады давлений во всех каналах будут отличаться минимально:
Q = Qfo,h3,..., Vimin , (1)
где h2, h3,..., hN-1 - высоты участков (hj=0 - фиктивный участок);
Q = ХIАр. -Apil, (2)
где Ар. - потеря напора при движении воздуха
(
АРг = Z« + £вы* + Сот + К D
V D J
i, Л v2
2
(3)
здесь ^вх, ^вых - местные сопротивления входа и выхода в каждый канал; ^от -сопротивление поворота канала на 900; ^ - коэффициент трения, определяемый по формуле Блазиуса:
03164 (4)
X =
Re
0.25
где Re = qi • 2(h. + b); l. - длина .-того канала (средняя); b - ширина канала;
l t = lc + 0,5яг + X h
i=0
где г и 1С - соответственно радиус закругления и начальная длина канала, обусловленные технологическими особенностями изготовления и предварительно принимаемые заранее; Di - гидравлический диаметр канала:
Dl = 2(Ь - ^ ); (5)
V - скорость воздуха в 1-ом канале:
* (6)
V =
Ькг '
^ - расход воздуха через 1-й канал. Необходимым условием является:
^=0< h2< hз<...< hN=H - 0,5га\
i=2
Для минимизации функции Q(h) вследствие её негладкости и учитывая условие (7) можно использовать один из квази-ньютоновских методов минимизации функций многих переменных.
Классический метод Ньютона использует гессиан функции. Шаг метода определяется, как произведение матрицы, обратной к гессиану, на градиент функции. Если функция является положительно определенной квадратичной формой, то за один шаг данного метода мы окажемся в её минимуме. В случае знаконеопределенной квадратичной формы, у которой нет минимума, мы сойдемся к седловой точке или к максимуму.
В нашем случае мы использовали квази-ньютоновский метод. В нем вместо гессиана используется его положительно определенная аппроксимация. Если гессиан положительно определен, то мы совершаем шаг по методу Ньютона. Если гессиан знаконеопределен, то перед совершением шага по методу Ньютона мы модифицируем гессиан так, чтобы он был положительно определен.
В этом случае шаг всегда совершается в направлении убывания функции.
Для вычислений по этому методу используем свободно распространяемый L - BFGS - В алгоритм, учитывающий простые ограничения, накладываемые на переменные.
Для проверки теории коробчатых вставок были проведены опыты на установке рис 2.
Установка состоит из вентилятора 1 с приводом 2, соединенного с воздуховодами 3 и воздуховодом 4, в котором расположена вставка. Воздуховоды соединяются между собой посредством мягких вставок 5, выполненных из брезента. Для исключения влияния сторонних воздушных потоков на зону измерений над заборным отверстием улитки вентилятора 1 предусмотрен козырек 6. Вся конструкция закреплена на станине 7 с подвижной платформой 8.
Для наглядности приведем результаты опытов с коробчатыми вставками и без оных.
Для базового варианта коэффициент вариации составил 33,92 %, для варианта со вставкой - 3,98 %.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что применение коробчатых вставок ведет к выравниванию воздушного потока, и позволяет производить дымоудаление по всей площади отверстий.
8
_ _ 5
Рис. 2. Схема экспериментальной установки
V, м/с
V, м/с
IV V VI Сечения
VII VIII IX
Рис. 3. Диаграмма распределения скорости воздушного потока V по ширине отверстия воздуховода без вставки
Рис. 4. Диаграмма распределения скорости воздушного потока V по ширине отверстия воздуховода с коробчатой вставкой
Библиографический список
1. Пат. на полезную модель 39602 РФ, МПК7 D 01 G 25/00, 15/46. Устройство для формирования волокнистого настила [Текст] / Зарубин В. М., Глин-кин П. М., Шмелев С. А., Ульев Д. А., Шмелева Т. В., Полякова Е. В., Кочетков И. В. — № 2004110509/22; заявл. 07.04.2004; опубл. 10.08.2004, Бюл. № 22.
2. Ульев, Д. А. Механика газа в системах дымоудаления с установленными вставками. / Пожарная и аварийная безопасность: материалы VI Международной научно-практической конференции, посвященной 45-летию Ивановского института ГПС МЧС России. / ИвИ ГПС МЧС России. - Иваново, 2011. - Ч. I. -С.362 - 364.
Методика прогноза гроз
в задаче обеспечения безопасности полетов авиации
Неижмак А. Н., Мозиков Б. В., Гридасов Д. Н., ВУНЦВВС «ВВА», г. Воронеж
Обеспечение безопасности любого вида деятельности является актуальной, сложной, комплексной задачей, охватывающей различные аспекты. Одной из наиболее требовательных к качеству обеспечения безопасности отраслей деятельности человечества является авиация. Повышение степени безопасности полетов обеспечивает совокупность принимаемых мер, направленных на надежное функционирование всех подсистем и элементов комплексной авиационной системы, к числу которых относится и качественное метеорологическое обеспечение.
При нахождении летательного аппарата в воздухе одним из наиболее опасных для него атмосферных объектов является кучево-дождевая облачность, в том числе из-за возможности встречи воздушного судна с грозой. При попадании самолета в зону кучево-дождевой облачности, сопровождаемой грозовой деятельностью, нередко выходят из строя средства связи и навигации, могут быть разрушены элементы конструкции воздушного судна вследствие воздействия мощных турбулентных потоков воздуха и попадания молнии. Очевидно, точный прогноз опасных для авиации явлений погоды, в том числе кучево-дождевых облаков и грозовой деятельности, очень важен при метеорологическом обеспечении и соответственно обеспечении безопасности деятельности авиации.
Прогностических способов, с помощью которых разрабатываются прогнозы конвективной облачности, ливней и гроз, существует множество. Во многих из них за основу взяты различные модели конвекции. Однако не всегда их успешность для конкретного района удовлетворяет требованиям потребителя, то есть не позволяет должным образом обеспечить безопасность полетов. Поэтому в данной работе в качестве цели определено повышение качества метеорологического обеспечения безопасности полетов посредством разработки нового способа прогноза грозы по территории Центрального Черноземья, в частности, по пункту Тамбов. При достижении поставленной цели за основу взят физико-статистический подход к разработке прогностического способа с использованием процедуры дискриминантного анализа [1].
На начальном этапе были проанализированы общие благоприятные условия для возникновения кучево-дождевой облачности и связанных с ней ливневых осадков и гроз, основными из которых являются следующие:
- высокое влагосодержание воздуха у поверхности земли и на высотах;
- значительная неустойчивость воздушной массы (большие вертикальные градиенты температуры), т. е. значительная положительная энергия неустойчивости;
- относительно низкое положение изотермы -10°С, около которой располагается уровень интенсивной кристаллизации;
- большая вертикальная протяженность кучево-дождевых облаков;
- неоднородности подстилающей поверхности, облегчающие развитие динамической или термической конвекции.
Кроме того, перед формированием предварительного перечня предикторов были проанализированы исходные данные, применяемые в уже существующих способах прогнозирования гроз (Вайтинга, Фауста, Кокса, Лебедевой) [2]. В результате в указанный перечень вошли:
^850, D7oo, D500 - дефициты точки росы на изобарических поверхностях 850, 700, 500 гПа;
Ds500-850 - суммарный дефицит точки росы на основных уровнях 850, 700 и 500 гПа;
Dcp500-850 - средний дефицит точки росы между поверхностями 850 и 500 гПа;
