CC BY
31
А. О. ЖДАНОВА, студентка, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: zhdanooova@mail.ru)
Г. В. КУЗНЕЦОВ, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и промышленной теплотехники, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30) П. А. СТРИЖАК, д-р физ.-мат. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: pavelspa@tpu.ru)
УДК 536.46
ВЛИЯНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ ВОДЫ В "ВОДЯНОМ СНАРЯДЕ" НА ТЕМПЕРАТУРУ В ЕГО СЛЕДЕ
Приведены результаты численных исследований влияния условий распыления типичного флег-матизатора горения — воды на температуру в следе движения "водяного снаряда". Выполнена оценка эффективности воздействия воды на температуру в области горения. Показаны предельные значения параметров, характеризующих расстояния между каплями, при которых в следе "водяного снаряда" обеспечивается минимальная температура.
Кпючевые слова: высокотемпературные газы; пожар; тушение; испарение; капли воды; моделирование.
Введение
Применение авиации для тушения лесных и крупных городских пожаров становится все более распространенной формой борьбы с этими стихийными бедствиями [1,2]. Однако до сих пор отсутствуют результаты теоретических и экспериментальных исследований этих технологий, которые иллюстрировали бы возможности повышения эффективности использования воды для борьбы с огнем на больших площадях лесных пожаров. В последние годы тонкораспыленная вода рассматривается как один из самых перспективных флегматизаторов горения [3-6]. Однако физические основы технологии тушения пожаров таким распыленным флегматизатором не разработаны в полной мере до настоящего времени. Масштабность процесса горения во времени и в пространстве даже при относительно умеренных площадях распространения пожаров [7] делает нецелесообразным экспериментальное исследование процессов, происходящих при взаимодействии больших масс воды с пламенем, на малоразмерных моделях. Полученные в таких экспериментах результаты затруднительно использовать при анализе реальных процессов. Для этих целей целесообразно проведение теоретических исследований с использованием современных алгоритмов и методов решения задач тепломассопереноса и гидродинамики.
В работах [8-13] приведены результаты численных исследований, выполненных для монодисперсной совокупности капель тонкораспыленной воды при ее прохождении через высокотемпературные
© Жданова А. О., Кузнецов Г. В., Стрижах П. А., 2013
продукты сгорания. Исследованы условия испарения одиночной [8, 9], двух [10] капель и группы из четырех [11] и пяти [12] капель. Определены зависимости времени испарения капель от температуры продуктов сгорания, скорости движения, размеров и расстояния между каплями для нескольких наиболее типичных систем "водяной снаряд" - пламя [8-12]. Проанализированы условия движения капель в струях тушащей жидкости [13]. Представляет интерес анализ влияния условий распыления флегматизатора горения на температуру в следе "водяного снаряда".
Цель работы — численное исследование влияния условий распыления "водяного снаряда" на температуру в следе его движения.
Постановка задачи
Установлено [8-13], что основные закономерности движения типичного тонкораспыленного флегматизатора горения — воды через высокотемпературные продукты сгорания можно рассматривать на примере нескольких капель, движущихся последовательно и/или параллельно на некотором расстоянии друг от друга Ьп. На рис. 1 приведены схемы областей решения задач тепломассопереноса для трех моделей:
• модель 1: две капли, движущиеся последовательно (рис. 1,а);
• модель 2: две капли, движущиеся параллельно (рис. 1,6);
• модель 3: группа из пяти капель (рис. 1,в).
© а
Ф
Ф
01 щ Л
©
о
щ я2
ч г
©
©
№
©
©
о
г*
©
¡чТ :
|_I
К2
Рис. 1. Схема области решения задачи для двух капель, движущихся последовательно (а), параллельно (б), и группы из пяти капель (в): 1 — высокотемпературная газовая смесь;
2 — капли воды
В работах [10-12] показано, что если расстояние между каплями Ьп больше некоторого предель-
т* « „
ного значения Ьп, то их совместное влияние на температуру и концентрацию продуктов сгорания в следе "водяного снаряда" будет несущественным. Поэтому при постановке задачи (см. рис. 1) приня-
то, что капли движутся со скоростью Ул на некото*
ром расстоянии друг от друга Ьп < Ьп. Начальная температура капель Т0 принималась значительно меньше температуры газообразных продуктов сгорания Ту, равной средней температуре пожара 1170 К. При постановке задачи считалось, что капли прогреваются за счет теплопроводности при их прохождении через газы и испаряются. Пары воды вдуваются в пристенную область капель и смешиваются с продуктами сгорания. Температура газов в непосредственной близости от траектории движения капель снижается. В условиях интенсивного парообразования размеры капель уменьшаются, и через некоторое время возможно их полное испарение. Время с начала движения капель до полного испарения считалось временем существования хл.
Численные исследования выполнены для продуктов сгорания типичного жидкого (представляющего наиболее пожаровзрывоопасную группу [14]) топлива — керосина. Допущения, принятые при численном моделировании в рассматриваемых системах (см. рис. 1), аналогичны постановкам [8-13].
Математические модели, соответствующие приведенным постановкам задач тепломассопереноса (см. рис. 1), включают системы нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных [8-13], сформулированные в соответствии с основными положениями математической физики [15-17]. Так, например, для модели, приведенной на рис. 1,а, система уравнений в цилиндрической системе координат имеет следующий вид: • 0 < г < Яь, 0 < 2 < Z1
Я1< г < Z1< 2 < Z2,
, Z2 < 2 < Z3, Z3 < 2 < Z4:
Д4 < 2 < ZL;
С Р1^ -X
ат12
дг2
1 дТ_
г дг
дТ12
д^ дт
-
С дг2
1 дС„
дС ,2
дг д2 2
СУ + Сж = 1;
0 < г < Я„ Z1 < 2 < Z2, Z3 <2 < Д4: дТ22 1 дт2
дг2 г дг
С Р дТ2 - х
С ~дх ~
дТ2 д2 2
(1)
(2)
(3)
(4)
Здесь г, 2 — координаты цилиндрической системы, м; Я^ ZL — размеры области решения, м; С — удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); р — плотность, кг/м3; Т —температура, К; т — время, с; X — теплопроводность, Вт/(м-К); Ск — концентрация паров воды; В — коэффициент диффузии, м2/с; Су — концентрация продуктов сгорания; 1, 2, 3 — индексы, соответствующие продуктам сгорания, каплям и парам воды.
г
Начальные (т = 0) условия (см. рис. 1,а):
• Т = Т0 при 0 < г < Я1, Z1 < 2 < Z2, 23 < 2 < 24;
• Т=Т°, С = 1, С„ = 0 при 0 < г < ЯЬ, 0 < 2 < 21, 22 < 2 < 23, 2а < 2 < 2Ь; Я1< г < ЯЬ, 21< 2 < 22, 23< 2 < 2Л.
Граничные условия:
• на границах жидкость - высокотемпературная газовая среда (г = Я1, 21< 2 < 22, 23<2 < 24; 2 = 2Ъ 2 = 2Ъ 2 = 23, 2 = 24,0 < г < Я1): условия IV рода — для уравнений энергии с учетом парообразования; условия II рода — для уравнения диффузии с учетом вдува паров воды;
• на оси симметрии (г = 0, 0 < 2 < 21) и внешних границах (г = ЯЬ, 0 < 2 < 2Ь; 2 = 0, 2 = 2Ь, 0 < г < Я1): для всех уравнений — условие равенства нулю градиентов соответствующих функций.
Уравнение движения капель в условиях парообразования (см. рис. 1) с учетом действия сил сопротивления и тяжести имеет следующий вид [18]:
d Vd
Зрз
"dd = ' Kl(Vd ~ Ve } + 8'
где Vd — скорость движения капель, м/с; Rd — радиус капель, м;
c% — безразмерный коэффициент сопротивления; Ve — линейная скорость оттока паров воды от торцевых поверхностей капель при испарении, м/с;
8 — ускорение свободного падения, м/с2. Безразмерный коэффициент сопротивления cx, зависящий в общем случае от конфигурации поверхности тела и его положения относительно направления движения обтекающего потока, определялся согласно [18].
Толщина испаряющегося слоя капли Le определялась по формуле [19]:
Le = Т/Р 2.
Для вычисления массовой скорости испарения капель воды We использовалось следующее выражение [19]:
w - A(pn - P)
" e I- '
pn RtTe/M
где A — коэффициент аккомодации;
Pn — давление насыщенных паров воды, Н/м2; P—давление паров воды вблизи границ испарения, Н/м2;
Rt
универсальная газовая постоянная,
Дж/(моль-К);
Те — температура капли вблизи границы испарения, К;
М — молярная масса воды, кг/кмоль.
Коэффициент аккомодации рассчитывался по формуле [20]:
А = 35/(Рп)0,56.
Для вычисления давления паров воды использовалось уравнение Клапейрона - Менделеева [15].
Системы дифференциальных уравнений для рассматриваемых постановок (см. рис. 1) решались методом конечных разностей, а разностные аналоги дифференциальных уравнений — локально-одномерным методом [21]. Для решения одномерных разностных уравнений применялся метод прогонки с использованием неявной четырехточечной схемы [21]. Для решения разностных аналогов дифференциальных уравнений с нелинейными граничными условиями применялся метод простых итераций [22]. Для повышения точности решения системы дифференциальных уравнений использовались неравномерные шаги по времени (10-6-10-4 с) и координатной сетке (0,001-0,1 мм). Вблизи границ фазового перехода разностная сетка сгущалась.
Методика оценки достоверности результатов теоретических исследований, основанная на проверке консервативности применяемой разностной схемы, аналогична используемой в [23-25].
Результаты исследований и их обсуждение
Численные исследования выполнены при типичных для практики значениях параметров процесса [18,26-29]: начальная температура капель воды Т0 = = 300 К; температура продуктов сгорания Т^ = 1170 К; тепловой эффект испарения воды Qe = 2,26 МДж/кг; размеры капель Ял = 0,25 мм, 2Л =1 мм; расстояние между каплями Ьп = 0,01^5 мм; размеры области решения Яь = 0,1 м, = 2 м; молярная масса воды М = 18 кг/кмоль; коэффициент сопротивления движению "водяного снаряда" с% = 0,98. Теплофизиче-ские характеристики взаимодействующих веществ (капель воды, продуктов сгорания жидкого топлива, паров воды) приведены в [27-29].
Анализ влияния параметров распыления выбранного флегматизатора горения — воды (распределения капель жидкости в "водяном снаряде") на температуру в следе его движения выполнен с использованием изотерм [10-12], полученных для систем, приведенных на рис. 1. В следе движения "водяного снаряда" выбрано характерное расстояние от последней капли, равное пяти продольным размерам *
капли, т. е. Ь = 52л. На рис. 2 приведены изотермы для системы с двумя каплями, движущимися параллельно на расстоянии Ьп = 0,3 мм друг от друга [10],
*
и выделенным сечением Ь . По приведенным изолиниям выполнен анализ распределения температуры парогазовой смеси в следе "водяного снаряда"
г, мм
94 г, мм
Рис. 2. Изотермы Т (К) в системе с двумя параллельно движущимися каплями при т = 0,1 с, Ln = 0,3 мм: 1 — высокотемпературная газовая смесь; 2 — капли воды
*
в сечении L (см. рис. 2). Аналогично выбиралось характерное расстояние L на изотермах, приведенных в [11, 12] для двух капель, движущихся последовательно (модель 1), и группы из пяти капель (модель 3).
В целях определения оптимальных с точки зрения эффективного снижения температуры газов в следе "водяного снаряда" расстояний между каплями выполнено варьирование параметров Ln. Для системы с двумя параллельно движущимися каплями (модель 2) параметр Ln изменялся в диапазоне от 0,01 до 0,6 мм, с двумя последовательно движущимися каплями (модель 1) и с группой из пяти капель (модель 3) — от 0,01 до 5 мм. Это наиболее типичные диапазоны изменения Ln, при которых "совместное" действие капель на интегральные характеристики тепломассопереноса существенно [10-12].
* *
На рис. 3 приведены зависимости Т — у (Б ),
полученные для рассматриваемых систем с двумя и
*
пятью каплями (см. рис. 1). Параметр Т представляет собой отношение температуры в следе движете
ния капель на расстоянии L от последней капли (на оси симметрии г = 0) к начальной температуре продуктов сгорания Ту. Параметр Б иллюстрирует отношение площади испарения "водяного снаряда" Бе к занимаемой им площади Бк и, как следствие, характеризует количество и расположение капель в "водяном снаряде".
Для вычисления площадей Бе и Бк использовались соотношения:
Бе — £ (2кЯЛ 1—1
2кЯ2\ ;
Бк — 2пЯ1 (2Ld + Ln ) + 2яЯ1 — модель 1;
Б„ — 2пЯ2Ld + 2пЯ2 — модель 2;
Б„ — 2пЯ2 (3Ld + 2Ln) + 2пЯ\ — модель 3,
где 1 — номер капли;
п — количество капель.
п
□ 0,01
о 0,05
д 0,1
X 0,2
ж 0,3
о 0,4
+ 0,5
Л 0,6
♦ 1,0
А 1,5
г 2,0
X 2,5
• 3,0
я 5,0
=о- -
0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 £
Рис. 3. Зависимости параметраТ от Б при т = 0,1 с: 1 — модель 1; 2 — модель 2; 3 — модель 3
Зависимости на рис. 3 достаточно хорошо иллюстрируют динамику снижения температуры в следе "водяного снаряда" при уменьшении расстояний
между каплями Ln (и, как следствие, при увеличе-* /— нии Б ). При этом в случае достаточно больших значений Ln (для двух параллельно движущихся капель при Ln >2ЯС) температура в следе несущественно меняется относительно Ту. При увеличении Б вне зависимости от расположения капель относительно друг друга температура в следе "водяного снаряда" значительно снижается относительно Ту (см. рис. 3). Это особенно хорошо видно на примере системы с
двумя параллельно движущимися каплями (кривая 2).
*
Как видно из рис. 3, при Б > 0,5 характерные значения Т для систем с двумя (кривая 2) и пятью
(кривая 3) каплями отличаются менее чем на 3 %.
*
Можно выделить значение Б1 « 0,54, при котором
эти кривые пересекаются. Дальнейший рост пара* щ
метра Б относительно Б1 не приводит к заметному
1
изменению Т . Установленная закономерность позволяет сделать вывод о том, что при распределении капель в "водяном снаряде" и обеспечении неравенства Б < Б1 могут быть достигнуты условия, достаточные для снижения температуры в зоне горения. Дальнейшее повышение Б не приведет к
*
значительному снижению Т (см. рис. 3).
В то же время важно отметить, что для систем, представленных на моделях 1 и3 (см. рис. 1,а и 1,в), изменения значений Т с ростом Б не так существенны, как для системы с двумя параллельно движущимися каплями (модель 2, рис. 1,б). Этот результат показывает, что определяющую роль играет траектория движения капель. На линии, соответствующей траектории движения капли, при варьировании Ln температура в следе изменяется не так
значительно, как в окрестности этой линии. Это достаточно хорошо видно на изотермах (см. рис. 2), полученных ранее [10-12]. Можно сделать вывод о том, что максимальный эффект по снижению температуры в следе снаряда может быть достигнут при Ьп << Ь*п . Однако при этом существенно возрастает масса неиспарившегося после прохождения через продукты сгорания флегматизатора [10-12].
Как правило, при тушении крупных пожаров (в частности, лесных) с применением авиации масса единовременно выбрасываемой воды — "водяного снаряда" достигает нескольких тонн [30-32]. Если воспользоваться приведенными выражениями для 5е и то для системы последовательного и параллельного распределения капель в "водяном снаряде", близкой к модели 3 (см. рис. 1,в), нетрудно показать, что 5 >> 1 (например, 5 « 310 при массе воды 2 т, характерных размерах капель Ял = 0,25 мм и 2Л =1 мм, расстояниях между каплями Ьп = 0,5 мм). Отсюда можно сделать вывод, что при росте массы выбрасываемой воды характерные расстояния между каплями Ьп целесообразно увеличивать (причем как в рамках одного "слоя", так и между "водяными слоями"). В этом случае будет обеспечиваться эффективное снижение температуры в следе при максимальной степени испарения воды.
Полученные зависимости Т = / (5 ) показывают, что для снижения температуры в зоне горения целесообразно, скорее всего, специальное распыление флегматизатора. Для увеличения размеров зоны в следе "водяного снаряда", в которой температура может быть снижена относительно Т^ до некоторого минимального значения, необходимо применение "водяных снарядов" с последовательным
и параллельным распределением капель (например, как показано на рис. 1,в). Задачей дальнейших исследований является определение оптимальных размеров отдельных капель и расстояний между ними при создании капельно-водяного облака над участком пожара (например, лесного) определенных размеров.
Заключение
Установлено, что расположение капель в "водяном снаряде" относительно соседних играет определяющую роль в снижении температуры в зоне горения. На основании исследований с изменением расстояния между каплями Ьп в достаточно широком диапазоне и их наиболее типичным расположением относительно друг друга (см. рис. 1) показано, что для эффективного снижения температуры в следе "водяного снаряда" целесообразно его последовательное и параллельное распыление. При возрастании массы воды, используемой для тушения пожара, необходимо обеспечение существенного увеличения расстояния между соседними каплями Ьп для повышения эффективности использования тушащей жидкости.
Можно сделать вывод о том, что при тушении крупных пожаров с применением авиации целесообразна специальная подготовка "водяных снарядов" посредством распыления воды с оптимальным расположением капель относительно друг друга и выбором их размеров исходя из высоты столба пламени и площади обрабатываемого участка пожара.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации (МК-620. 2012.8).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горшков В. С., Москвилин Е. А., Хасанов И. Р. Оценка параметров тушения лесных пожаров авиационными средствами // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников : сб. тез. науч.-практ. конф. — М. : ИИЦ ВНИИ ГОЧС, 2001. — С. 34-35.
2. Хасанов И. Р., Москвилин Е. А. Авиационные методы тушения крупных лесных пожаров // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков : матер. XV науч.-практ. конф. — М. : ВНИИПО, 1999. — Ч. 1. —С. 300-301.
3. Карпышев А. В., Душкин А. Л., Рязанцев Н. Н. Разработка высокоэффективного универсального огнетушителя на основе генерации струй тонкораспыленных огнетушащих веществ // Пожаро-взрывобезопасность. — 2007. — Т. 16, № 2. — С. 69-73.
4. Гаев Д. В., Ершов А. В., Прохоров В. П., Карпышев А. В., Душкин А. Л. Система противопожарной защиты салона вагона метрополитена на базе высоких технологий // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. — 2009. — № 3. — С. 67-72.
5. Душкин А. Л., Ловчинский С. Е. Взаимодействие пламени горючей жидкости с тонкораспыленной водой // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 11. — С. 53-55.
6. Душкин А. Л., Карпышев А. В., Ловчинский С. Е. Особенности распространения жидкостной струи в атмосфере // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 12. — С. 45-48.
7. Кузнецов Г. В., Барановский Н. В. Прогноз возникновения лесных пожаров и их экологических последствий. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2009. — 300 с.
8. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., СтрижакП.А. Численная оценка оптимальных размеров капель воды в условиях ее распыления средствами пожаротушения в помещениях // Пожаровзрывобез-опасность. — 2012. — Т. 21, № 5. — С. 74-78.
9. ГлушковД. О., Кузнецов Г. В., СтрижакП.А. Численное исследование тепломассопереноса при движении "тандема" капель воды в высокотемпературной газовой среде // Тепловые процессы в технике. — 2012. — Т. 4, № 12. — С. 531-538.
10. СтрижакП. А. Численное исследование условий испарения совокупности капель воды при движении в высокотемпературной газовой среде // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 8. —С. 26-31.
11. Волков Р. С., Высокоморная О. В., СтрижакП. А. Численное исследование условий взаимодействия диспергированного флегматизатора горения с высокотемпературными продуктами сгорания // Безопасность труда в промышленности. — 2012. — № 10. — С. 74-79.
12. Андреев Г. Г., ГлушковД. О., ПанинВ. Ф., СтрижакП.А. Тепломассоперенос при взаимодействии диспергированного флегматизатора горения с высокотемпературными продуктами сгорания // Бутлеровские сообщения. — 2012. — Т. 31, № 8. — С. 86-94.
13. Стрижак П. А. Численный анализ процесса испарения капли, движущейся в струе воды через высокоскоростные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 9. — С. 17-23.
14. АкининН. И., БулховН. Н., ГеришВ. А. Статистический анализ причин аварий и травматизма на опасных производственных объектах // Пожаровзрывобезопасность. — 2010. — Т. 19, № 10. — С. 53-55.
15. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — М. : Атомиздат, 1979. — 416 с.
16. ПасконовВ. М., Полежаев В. И., Чудов Л. А. Численное моделирование процессов тепло- и массо-обмена. — М. : Наука, 1984. — 277 с.
17. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М.: Наука, 1987.
— 490 с.
18. Лойцанский Л. Г. Механика жидкости и газа. — М. : Наука, 1970. — 904 с.
19. Полежаев Ю. В., Юрьевич Ф. Б. Тепловая защита. — М. : Энергия, 1976. — 391 с.
20. Исаченко В. П. Теплообмен при конденсации. — М. : Энергия, 1977. — 239 с.
21. Самарский А. А. Теория разностных схем. — М. : Наука, 1983. — 616 с.
22. КоздобаЛ.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности.—М. :Наука, 1975.—227 с.
23. Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Численное решение задачи воспламенения жидкого пожароопасного вещества одиночной "горячей" частицей // Физика горения и взрыва. — 2009. — Т. 45, № 5. — С. 42-50.
24. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. The influence of heat transfer conditions at the hot particle - liquid fuel interface on the ignition characteristics // Journal of Engineering Thermophysics. — 2009. — Vol. 19, No. 2.—P. 162-167.
25. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. Transient heat and mass transfer at the ignition of vapor and gas mixture by a moving hot particle // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2010. — Vol. 53, Issues 5-6.
— P. 923-930.
26. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М. : ООО "Старс", 2006. — 720 с.
27. Теплотехнический справочник / Под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева. — М. : Энергия, 1975.
— Т. 1. —743 с.
28. Теплотехнический справочник / Под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева. — М. : Энергия, 1975.
— Т. 2.— 896 с.
29. Корольченко А. Я. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник. — М. : Пожнаука, 2004. — Ч. 1. — 713 с.
30. Щетинский Е. А. Тушение лесных пожаров. — М. : ВНИИЛМ, 2002. — 328 с.
31. БаратовА. Н. Горение — Пожар — Взрыв — Безопасность. — М. : ФГУП ВНИИПО МЧС России, 2003. —364 с.
32. Горшков В. И. Тушение пламени горючих жидкостей. — М. : Пожнаука, 2007. — 268 с.
Материал поступил в редакцию 20 декабря 2012 г.
INFLUENCE OF WATER DROPLETS DISTRIBUTION
IN THE "WATER SHELL" ON TEMPERATURE IN FOLLOW MOVEMENT
ZHDANOVA Alena Olegovna, Student, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk 634050, Russia; e-mail address: zhdanooova@mail.ru)
KUZNETSOV Geniy Vladimirovich, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Head of Department of Theoretical and Engineering Thermophysics, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue 30, Tomsk 634050, Russia)
STRIZHAK Pavel Aleksandrovich, Doctor of Physical and Mathematical Sciences,
Professor, National Research Tomsk Polytechnic University
(Lenina Avenue, 30, Tomsk 634050, Russia; e-mail address: pavelspa@tpu.ru)
ABSTRACT
Results of numerical investigations for influence of typical combustion deterrent — water spraying conditions on the temperature in the "water shell" follow movement are presented in the article. Estimates of water efficiency using at impact of water on the temperature in combustion zone are performed at difference schemes drops distribution in the "water shell". Limited values of parameters which present distance between drops are determined for realization of minimal temperature.
Dependences of dimensionless temperature in follow movement of "water shell" from ratio between the areas of evaporation and gross areas are presented for three heat and mass transfer model in the system water drops - high temperature gases which differ in the number of drops (two and five) and their location (series-parallel location to the motion direction).
It is found that drops location in "water shell" plays a key role at the decrease of temperature in combustion zone. On the base of results variation of distances and location between drops it is shown that for effective decrease of temperature in follow movement of "water shell" appropriate to seriesparallel spraying. With increasing amounts of water which is directed on the extinguishing significant removal of adjacent droplets to increase the efficiency of liquid using.
Keywords: high-temperature gases; fire; extinguishing; quenching evaporation; water drops; simulation.
REFERENCES
1. Gorshkov V. S., Moskvilin Ye. A., Khasanov I. R. Otsenkaparametrov tusheniyalesnykhpozharov avi-atsionnymi sredstvami [Parameter estimation forest fire fighting air assets]. Problemyprognozirova-niya chrezvychaynykh situatsiy i ikh istochnikov: sbornik tezisov nauchno-prakticheskoy konferentsii [The problem of forecasting of emergency situations and their sources: book of abstracts of scientific and practical conference]. Moscow, 2001, pp. 34-35.
2. Khasanov I. R., Moskvilin Ye. A. Aviatsionnyye metody tusheniya krupnykh lesnykh pozharov [Aviation methods extinguishing large forest fires]. Problemy goreniya i tusheniya pozharov na rubezhe vekov: materialy XV nauchno-prakticheskoy konferentsii [Problems of burning and extinguishing fires at the turn of the century]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 1999, part 1, pp. 300-301.
3. Karpyshev A. V., Dushkin A. L., Ryazantsev N. N. Razrabotka vysokoeffektivnogo universalnogo ognetushitelya na osnove generatsii struy tonkoraspylennykh ognetushashchikh veshchestv [Development of high performance, multipurpose fire extinguisher based on the generation of jets mist fire extinguishing agents]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2007, vol. 16, no. 2, pp. 69-73.
4. Gayev D. V., Yershov A. V., Prokhorov V. P., Karpyshev A. V., Dushkin A. L. Sistemaprotivopozhar-noy zashchity salona vagona metropolitena na baze vysokikh tekhnologiy [Fire protection system of interior underground car based high-tech]. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy — Problems of Safety and Emergencies, 2009, no. 3, pp. 67-72.
5. Dushkin A. L., Lovchinskiy S. Ye. Vzaimodeystviye plameni goryuchey zhidkosti s tonkoraspylennoy vodoy [Combustible liquid flame and water mist interaction]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 11, pp. 53-55.
6. DushkinA. L., Karpyshev A. V., Lovchinskiy S. Ye. Osobennosti rasprostraneniya zhidkostnoy strui v atmosfere [Liquid propagation features in atmosphere]. Pozharovzryvobezopasnost—Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 12, pp. 45-48.
7. Kuznetsov G. V., Baranovskiy N. V. Prognoz vozniknoveniya lesnykh pozharov i ikh ekologicheskikh posledstviy [Prediction of forest fires and their environmental impacts]. Novosibirsk, 2009. 300 p.
8. VolkovR. S., KuznetsovG. V., StrizhakP. A. Chislennayaotsenkaoptimalnykhrazmerovkapelvody v usloviyakh yeye raspyleniya sredstvami pozharotusheniya v pomeshcheniyakh [Numerical estimation of optimum sizes for water drops at the conditions of its dispersion by firefighting devices at placements]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no 5, pp. 74-78.
9. Glushkov D. O., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Chislennoye issledovaniye teplomassoperenosa pri dvizhenii "tandema" kapel vody v vysokotemperaturnoy gazovoy srede [Numerical investigation of heat and mass transfer during the motion of the "tandem" of water droplets in the high temperature gas phase]. Teplovyyeprotsessy v tekhnike — Thermal Processes in Engineering, 2012, vol. 4, no. 12, pp. 531-538.
10. Strizhak P. A. Chislennoye issledovaniye usloviy ispareniya sovokupnosti kapel vody pri dvizhenii v vysokotemperaturnoy gazovoy srede [Numerical investigation of evaporation conditions for set of water drops at the moving after high temperature gas mixture]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 8. pp. 26-31.
11. Volkov R. S., Vysokomornaya O. V., Strizhak P. A. Chislennoye issledovaniye usloviy vzaimodey-stviya dispergirovannogo flegmatizatora goreniya s vysokotemperaturnymi produktami sgoraniya [Numerical investigation of the conditions of interaction of dispersed phlegmatizer burning with high temperature combustion]. Bezopasnost truda v promyshlennosti — Safety in Industry, 2012, no. 10, pp. 74-79.
12. Andreyev G. G., Glushkov D. O., Panin V. F., Strizhak P. A. Teplomassoperenos pri vzaimodeystvii dispergirovannogo flegmatizatora goreniya s vysokotemperaturnymi produktami sgoraniya [Heat and mass transfer in the interaction of dispersed phlegmatizer burning with high temperature combustion]. Butlerovskiye soobshcheniya — Butlerov Communications, 2012, vol. 31, no. 8, pp. 86-94.
13. Strizhak P. A. Chislennyy analiz protsessa ispareniya kapli, dvizhushcheysya v struye vody cherez vy-sokoskorostnyye produkty sgoraniya [Numerical analysis of evaporation process for droplet moving at the water jet through high temperature combustion products]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 9, pp. 17-23.
14. Akinin N. I., Bulkhov N. N., Gerish V. A. Statisticheskiy analiz prichin avariy i travmatizma na opas-nykh proizvodstvennykh obyektakh [The statistical analysis of reasons of accident and industrial injuries on dangerous industrial objects]. Pozharovzryvobezopasnost—Fire and Explosion Safety, 2010, vol. 19, no. 10, pp. 53-55.
15. Kutateladze S. S. Osnovy teorii teploobmena [Foundations of the theory of heat transfer]. Moscow, Atomizdat Publ., 1979. 416 p.
16. Paskonov V. M., Polezhayev V. I., Chudov L. A. Chislennoye modelirovaniye protsessov teplo- i massoobmena [Numerical modeling of heat and mass transfer]. —Moscow, Nauka Publ., 1984.277 p.
17. Frank-Kamenetskiy D. A. Diffuziya i teploperedacha v khimicheskoy kinetike [Diffusion and heat transfer in chemical kinetics]. Moscow, Nauka Publ., 1987. 490 p.
18. Loytsanskiy L. G. Mekhanika zhidkosti igaza [Fluid and gas mechanics]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 904 p.
19. Polezhayev Yu. V., Yuryevich F. B. Teplovaya zashchita [Thermal protection]. Moscow, Energiya Publ., 1976. 391 p.
20. Isachenko V. P. Teploobmen pri kondensatsii [Heat transfer at condensation]. — Moscow, Energiya Publ., 1976. 239 p.
21. Samarskiy A. A. Teoriya raznostnykh skhem [The theory of difference schemes]. Moscow, Nauka Publ., 1983. 616 p.
22. Kozdoba L. A. Metody resheniya nelineynykh zadach teploprovodnosti [Methods for solving nonlinear heat conduction problems]. Moscow, Nauka Publ., 1975. 227 p.
23. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Chislennoye resheniye zadachi vosplameneniya zhidkogo pozharo-opasnogo veshchestva odinochnoy "goryachey" chastitsey [Numerical solution to the ignition of liquid fire hazardous substances single "hot" particle]. Fizika goreniya i vzryva—Physics of Combustion and Explosion, 2009, vol. 45, no. 5, pp. 42-50.
24. KuznetsovG. V., StrizhakP. A. The influence of heat transfer conditions at the hot particle - liquid fuel interface on the ignition characteristics. Journal of Engineering Thermophysics, 2009, vol. 19, no. 2, pp. 162-167.
25. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Transient heat and mass transfer at the ignition of vapor and gas mixture by a moving hot particle. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2010, vol. 53, issues 5-6, pp. 923-930.
26. Vargaftik N. B. Spravochnikpo teplofizicheskim svoystvam gazov i zhidkostey [Reference for thermo-physical properties of gases and liquids]. Moscow, "Stars" Publ., 2006. 720 p.
27. Yurenev V. N., Lebedev P. D. Teplotekhnicheskiy spravochnik [Thermophysical reference]. Moscow, Energiya Publ., 1975, vol. 1. 743 p.
28. Yurenev V. N., Lebedev P. D. Teplotekhnicheskiy spravochnik [Thermophysical reference]. Moscow, Energiya Publ., 1975, vol. 2. 896 p.
29. Korolchenko A. Ya. et al. Pozharovzryvoopasnost veshchestv i materialov i sredstva ikh tusheniya: spravochnik [Fire and explosion hazard of substances and materials and their means of fighting: reference]. Moscow, Pozhnauka Publ., 2004, part 1. 713 p.
30. Shchetinskiy Ye. A. Tusheniye lesnykhpozharov [Fighting forest fires]. Moscow, 2002. 328 p.
31. Baratov A. N. Goreniye - Pozhar - Vzryv - Bezopasnost [Combustion - Fire - Explosion - Safety]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 2003.364 p.
32. Gorshkov V. I. Tusheniyeplamenigoryuchikh zhidkostey [Extinguishing the flame flammable liquids]. Moscow, Pozhnauka Publ., 2007. 268 p.
Издательство «П0ЖНАУКА»
А. Я. Корольченко, Д. 0. Загорский КАТЕГ0РИР0ВАНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВ0П0ЖАРН0Й И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ. - М.: Пожнаука, 2010.-118 с.
В учебном пособии изложены принципы категорирования помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, содержащиеся в современных нормативных документах. На примерах конкретных помещений рассмотрено использование требований нормативных документов к установлению категорий. Показана возможность изменения категорий помещений путем изменения технологии или внедрения инженерных мероприятий по снижению уровня взрывопожароопасности и повышению надежности технологического оборудования и процессов.
Пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям "Пожарная безопасность", "Безопасность технологических процессов и производств", "Безопасность жизнедеятельности в техносфере", студентов строительных вузов и факультетов, обучающихся по специальности "Промышленное и гражданское строительство", сотрудников научно-исследовательских, проектных организаций и нормативно-технических служб, ответственных за обеспечение пожарной безопасности.
тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
Представляет книгу
121352, г. Москва, а/я 43;
