CC BY
29
Р. С. ВОЛКОВ, ассистент кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: romanvolkov@tpu.ru)
М. В. ЗАБЕЛИН, аспирант кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: zabelinmv@tpu.ru)
Г. В. КУЗНЕЦОВ, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и промышленной теплотехники Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: elf@tpu.ru) П. А. СТРИЖАК, д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: pavelspa@tpu.ru)
УДК 536.46
ВЛИЯНИЕ ТВЕРДЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В КАПЛЯХ ЖИДКОСТИ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПАРООБРАЗОВАНИЯ В ЗОНЕ ПЛАМЕНИ
Выполнено экспериментальное исследование влияния твердых включений (неметаллических и металлических частиц) в каплях воды (размером от 1 до 5 мм) на изменение размеров последних, убыль массы жидкости и интенсивность парообразования при движении ее через зону пламени. На примере углеродистых частиц (размером 50—500 мкм) показано, что твердые включения в каплях жидкости могут существенно влиять на изменение размеров капель и интенсифицировать парообразование в области горения. Сформулированы рекомендации по увеличению полноты испарения тушащих жидкостей в зоне очага горения при их локальном "сбросе" (подаче в виде монолитного "снаряда").
Ключевые слова: пламя; продукты сгорания; вода; капли; твердые включения; парообразование; тушение.
Введение
В последние годы сформировалось несколько направлений использования технологий воздействия на пламя "тонкораспыленной" водой при тушении пожаров и ликвидации очагов возгораний: в офисных, жилых и промышленных зданиях [1-5], космических аппаратах и станциях [6-8], лесах и насаждениях [9]. При этом известны и критические взгляды на перспективы развития этих технологий [10]. Теоретические [11-14] и экспериментальные [15, 16] исследования в этой области показали, что применение потоков распыленной специальным образом жидкости (парокапельного облака) позволяет существенно увеличить коэффициент полезного использования тушащего средства в зоне пламени. Определены максимальные размеры капель жидкости (на примере воды), при которых в пламенной зоне горения может быть обеспечено интенсивное парообразование [11-16]. Помимо измельчения капель, в качестве факторов, интенсифицирующих
убыль массы тушащей жидкости в зоне пламени, рассмотрены предварительный подогрев воды и уменьшение концентрации типичных примесей солей [15,16]. Однако такие процедуры не всегда могут быть реализованы в практике пожаротушения, особенно при ликвидации крупных лесных пожаров с применением авиации [17-19].
Анализ макроскопических закономерностей парообразования при движении жидкости через пламя [11-16] позволяет заключить, что одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность испарения тушащей среды, является ее компонентный состав. До настоящего времени не установлен механизм влияния типичных твердых металлических и неметаллических включений (частиц различных размеров) и концентраций их в воде на интенсивность парообразования. Представляет интерес экспериментальное исследование влияния различных по физической природе твердых включений в каплях воды на интенсивность их испарения в пламенной зоне горения.
© Волков Р. С., Забелин М. В., Кузнецов Г. В., Стрижах П. А., 2014
Целью настоящей работы является экспериментальный анализ влияния твердых включений в каплях широко распространенной тушащей жидкости — воды на интенсивность парообразования в зоне пламени.
Экспериментальная установка и методы исследований
При проведении экспериментальных исследований использовалась установка, схема которой приведена на рис. 1. Для анализа процесса испарения неоднородных капель жидкости в высокотемпературной области применялись оптические методы диагностики двухфазных газопарожидкостных потоков Particle Image Velocimetry (PIV) и Interfero-metric Particle Imaging (IPI) [20-22].
Экспериментальная установка (см. рис. 1), аналогичная описанной в [15,16], включает: кросскор-реляционную видеокамеру 3 с форматом изображения 2048x2048 пикселей, кадровой частотой не менее 1,5 Гц, минимальной задержкой между двумя последовательными кадрами не более 5 мкс; двойной импульсный твердотельный лазер 2 с активной сферой "алюмоиттриевый гранат" и добавками неодима, имеющий длину волны 532 нм, энергию в импульсе — не менее 70 мДж, длительность импульса — не более 12 нс, частоту повторений—не более 15 Гц; синхронизирующий процессор 5 с дискретизацией сигналов не более 10 нс.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 — генератор лазерного излучения; 2 — двойной твердотельный импульсный лазер; 3 — кросскорреляционная камера; 4 — персональный компьютер (ПК); 5 — синхронизатор ПК, кросскор-реляционной камеры и лазера; 6 — световой "нож"; 7 — емкость с рабочей жидкостью; 8 — канал подачи рабочей жидкости; 9 — дозатор; 10 — штатив; 11 — капли рабочей жидкости; 12 — канал движения охлаждающей жидкости лазера; 13 — цилиндрический канал из жаростойкого свето-прозрачного материала; 14 — полый цилиндр, в межстеноч-ное пространство которого залита горючая жидкость; 15 — термопары
Согласно методике эксперименты проводились следующим образом. В основание светопрозрачного жаростойкого цилиндрического канала 13 (высота 1 м, диаметр 0,2 м) устанавливался полый цилиндр 14 (высота 0,1 м, диаметр внутренней и внешней стенок соответственно 0,10 и 0,18 м). В межстеноч-ное пространство цилиндра 14 заливалась горючая жидкость со стабильными свойствами — керосин. Перед началом опытов инициировалось ее зажигание. В процессе горения керосина во внутреннем пространстве цилиндрического канала 13 формировалось пламя и, как следствие, поток высокотемпературных продуктов сгорания. Через некоторое время (около 5 мин), необходимое для прогрева внутренней полости цилиндрического канала 13 до постоянной температуры (около 1100 К), рабочая жидкость из емкости 7 по каналу 8 подавалась на вход дозатора 9. Выставлялись необходимые параметры истечения жидкости (в частности, начальные размеры капель — от 1 до 5 мм). Дозатором 9 осуществлялась подача капель рабочей жидкости в канал 13, заполненный высокотемпературными продуктами сгорания. При помощи "ножа" 6 лазера 2 обеспечивалась подсветка траектории движения капель. Процедура видеорегистрации проводилась кросскорреляционной камерой 3. Видеоизображения передавались на персональный компьютер 4 для их обработки. Вычислялись максимальные диаметры капель и определялись их условные средние радиусы Ял. Фиксировалось изменение размеров капель жидкости при движении через высокотемпературную газовую среду. Аналогично экспериментальным методикам [15, 16] выполнялись относительные оценки убыли массы капель и парообразования в высокотемпературном газовом потоке.
В качестве рабочей жидкости (аналогично опытам [15, 16]) в экспериментах использовалась вода с частицами нанопорошка диоксида титана (около 0,5 % масс.). Добавлялись также типичные твердые неметаллические (углерод) и металлические (алюминий) частицы малых размеров (50-500 мкм). Относительная массовая концентрация твердых включений у в каплях воды варьировалась в диапазоне 0-1 %.
Эксперименты проводились в два этапа. На первом этапе оценивалось влияние размеров твердых включений в капле жидкости на полноту ее испарения при прохождении зоны пламени. Для этого использовались три состава жидкости, различающиеся размерами Ьт содержащихся в них твердых включений: № 1 — Ьт = 50^70 мкм, № 2 — Ьт = 250^300 мкм, № 3 — Ьт = 450^500 мкм. Для каждого из составов жидкостей фиксировались изменения размеров капель Ял при их прохождении через зону пламени. На втором этапе проводились
эксперименты по оценке влияния концентрации твердых включений в водном растворе на характеристики испарения капель жидкости при прохождении их через пламя.
Аналогично опытам [15,16] для численной оценки доли испарившейся жидкости применялся параметр ДЛ (%), характеризующий относительное изменение размеров капель при движении через пламя:
ДЛ =
Л - Л *
100,
где Л* — условный радиус капли на выходе из высокотемпературного канала, мм.
Размеры капель в регистрационных областях видеограмм (до и после прохождения ими высокотемпературной газовой среды) определялись с использованием оптического метода 1Р1 [20,21]. При многократном (около 100 раз в секунду) освещении капель в регистрационной области "ножом" 6 наблюдалась интерференция между отраженным и преломленным каплями светом. По числу наблюдаемых на видеограммах интерференционных полос определялись размеры капель в потоке газов [20, 21]. Так как капли воды на видеограммах представляли собой эллипсоиды, с использованием метода 1Р1 [20, 21] вычислялись средние значения максимальных диаметров и характерные значения условных радиусов Ял. Систематические погрешности измерения размеров капель, определенные по методикам [23,24], составили 0,001 мм.
Температура газов (продуктов сгорания) в канале 13, контролируемая хромель-алюмелевыми термопарами (диапазон измеряемых температур 273-1373 К с допустимым отклонением Д = 3,3 К) на разных по высоте уровнях (0,15; 0,50 и 0,85 м), составляла (1070+30) К. Начальные температуры водных составов, контролируемые хромель-копелевыми термопарами (диапазон измеряемых температур 233-573 К с допустимым отклонением Д = 2,5 К), составляли 298 К. Использовались известные методики термопарных измерений [25].
Результаты экспериментов и их обсуждение
Опыты с типичными неметаллическими (углерод) и металлическими (алюминий) включениями показали, что их распределение в каплях воды при равной относительной массовой концентрации и достаточно малых размерах (около 50 мкм) существенно различается. Так, для металлических частиц, плотность которых значительно (в несколько раз) превышает плотность воды, наблюдались процессы "осаждения" включений в каплях. Формировались общие центры твердых включений в малой окрестности поверхности капель. Происходила существенная деформация поверхности капель и их последующее разрушение (дробление). Установлено, что при снижении плотности твердых включений влияние выделенных эффектов ослабевает. Так, например, эксперименты показали, что для неметаллических (углеродистых) частиц при варьировании их размеров Ьт и относительной концентрации ус в широких диапазонах (50 < Ьт < 500 мкм, 0 < ус <1 %) можно реализовать достаточно равномерное распределение включений в каплях размерами более 1 мм.
На рис. 2 приведены типичные видеограммы одиночных капель воды (условный радиус =3 мм) с твердыми включениями (углеродистые частицы размером от 50 до 500 мкм). Из рис. 2,6 и 2,в видно, что при Ьт > 200 мкм частицы в форме неправильных многоугольников хаотичным образом ориентированы относительно друг друга, но достаточно равномерно распределены в каплях жидкости. Это можно объяснить, в первую очередь, их перемещениями в каплях воды вследствие конвекции. Частицы с размерами Ьт < 70 мкм удалены друг от друга на достаточно равные расстояния и близки друг к другу по форме (см. рис. 2,а).
На рис. 3 представлена зависимость параметра ДЛ от относительной массовой концентрации углеродистых частиц ус размером 50-70 мкм в каплях воды с условным начальным радиусом Ял =3 мм.
Установлено (см. рис. 3), что с ростом ус от 0 до 1 % существенно (почти в 3 раза) увеличивается па-
Рис. 2. Видеограммы капель воды (Ка = 3 мм) с включениями углеродистых частиц размером 50-70 мкм (а), 250-300 мкм (6), 450-500 мкм (в): 1 — капля; 2 — углеродистые частицы
дя,%
дл,%
—
о
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ус, %
Рис. 3. Зависимость параметра ЛЯ от относительной массовой концентрации ус углеродистых частиц средним размером 50-70 мкм для капель с =3 мм
0,45 Ьт, мм
Рис. 4. Зависимость параметра ЛЯ от характерного среднего размера углеродистых частиц £т для капель с = 3 мм (Ус = 0,5%)
раметр ЛЯ и, как следствие, значительно возрастает доля испарившейся жидкости и интенсивность парообразования при движении капель воды через высокотемпературную газовую среду. Этот эффект можно объяснить тем, что даже при относительно небольшом увеличении ус теплопроводность неоднородной системы капля воды - твердые включения повышается в несколько раз. В результате значительно сокращается время, необходимое для прогрева приповерхностного слоя капли воды и последующего эндотермического фазового превращения.
При движении капель воды с твердыми включениями через высокотемпературную газовую среду (продукты сгорания) прогрев жидкости происходит с реализацией кондуктивного, конвективного и радиационного механизмов теплопереноса (в экспериментах наблюдались перемещения частиц в каплях и их "свечение"). Твердые включения поглощают существенно больше энергии излучения (продуктов сгорания) по сравнению с водой. Таким образом, теплота, аккумулируемая в системе капля воды -твердые включения, возрастает. В малой окрестности твердых включений формируются локальные области фазовых превращений. Это, в свою очередь, приводит к перемещению как твердых включений, так и непосредственно слоев жидкости внутри капель, т. е. реализуется конвективный теплоперенос.
При увеличении размеров твердых включений в каплях жидкости влияние выделенных эффектов на интенсивность прогрева жидкости существенно возрастает. Так, на рис. 4 приведена зависимость параметра ЛЯ от характерного среднего размера углеродистых частиц Ьт для одиночных капель с условным радиусом =3 мм. Показано, что при средних размерах частиц 50-70 мкм значение ЛЯ составляет 7,6 %, 250-300 мкм — 9,1 %, 450-500 мкм — 12,9 %. На рис. 3 и 4 можно отметить хорошую повторяемость результатов опытов.
Были проведены также эксперименты для установления предельных размеров твердых включе-
ний в каплях жидкости, приводящих к разрушению (разрыву) последних. Размеры капель жидкости выбирались адекватными технологиям [1-9] (от нескольких десятков до сотен микрометров), предполагающим использование "тонкораспыленной" воды. Выявлено, что, например, для капель с условным средним радиусом 0,1-0,15 мм при прохождении ими высокотемпературного газового канала высотой 1 м предельные значения Ьт составляют 60-70 мкм. Полученный результат показывает, что наличие в капле одного относительно крупного твердого включения ускоряет процессы ее прогрева, деформации и разрушения более существенно по сравнению с несколькими включениями меньших размеров. Результаты выполненных экспериментов позволяют заключить, что для достижения условий разрыва капель жидкости в зоне пламени размеры входящих в их состав твердых частиц должны варьироваться в пределах 50-70 % от размеров капель. Установленные особенности достаточно хорошо согласуются с основными заключениями современной теории газопарокапельных потоков [26].
Выявленные эффекты можно использовать для интенсификации процессов испарения локально "сбрасываемой" (подаваемой) в зону горения жидкости. Так, например, при относительно небольшой концентрации твердых включений (до 1 %) не требуется существенного измельчения капель жидкости, а целесообразна лишь порционная подача последней. За счет кондуктивного, конвективного и лучистого теплообмена капли движущейся в виде определенных порций ("слоев") жидкости будут деформироваться и разрушаться, вследствие чего будет формироваться парокапельное облако. Эффективность воздействия таких неоднородных многофазных смесей по сравнению с монолитной водой обоснована многочисленными исследованиями [1-16].
Результаты выполненных экспериментов позволяют сделать вывод о существенной роли качества подаваемой в зону горения воды. В практике пожа-
ротушения при заборе жидкости из водоемов воздушными судами возможна реализация условий, при которых в тушащем веществе будут находиться различные по физической природе твердые включения. Их относительная концентрация может существенно превышать у = 1 %. В этом случае очень сложно прогнозировать последствия тушения пожара, контролировать этот процесс и обеспечивать повышение его эффективности. Поэтому при заборе воды целесообразно уделять особое внимание наличию возможных инородных включений в ее составе.
Заключение
В результате экспериментов установлено, что наличие типичных твердых неметаллических включений в относительно крупных каплях жидкости (Л = 1^5 мм) оказывает существенное влияние на
процесс испарения последних при прохождении зоны высокотемпературных продуктов сгорания. Установлено, что рост массовой концентрации, а также размеров твердых включений в капле воды существенно (в несколько раз) интенсифицирует парообразование и убыль массы жидкости. Полученные результаты показывают, что для повышения эффективности использования воды в зоне пламени, помимо измельчения капель, целесообразно специальное введение твердых включений в состав тушащей жидкости. При этом размеры включений следует выбирать в несколько раз меньше генерируемых капель жидкости.
***
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Президента РФ (МК-620.2012.8) и РФФИ (№ 13-08-90703).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Wighus R. Water mist fire suppression technology — status and gaps in knowledge // Proceedings of the International Water Mist Conference. — Vienna, 2001. — P. 1-26.
2. KarpovA. I., Novozhilov V.B., GalatA.A., Bulgakov V. K. Numerical modeling of the effect of fine water mist on the small scale flame spreading over solid combustibles // Fire Safety Science : Proceeding of Eight International Symposium. — 2005. — Vol. 27. — P. 753-764.
3. СоковиковВ. В., Тугое А. Н., ГришинВ. В., Камышев В. Н. Автоматическое водяное пожаротушение с применением тонкораспыленной воды на электростанциях // Энергетик. — 2008. — № 6. — С. 37-38.
4. Сегаль М.Д. Использование тонкораспыленной воды для повышения противопожарной защиты кабельных сооружений АЭС // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. — 2011. — №4.— С. 61-64.
5. Корольченко Д. А., Громовой В. Ю., Ворогушин О. О. Применение тонкораспыленной воды для тушения пожаров в высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 9. — С. 54-57.
6. Abbud-Madrid A., Watson D., McKinnon J. T. On the effectiveness of carbon dioxide, nitrogen and water mist for the suppression and extinction of spacecraft fires // Suppression and Detection Research and Applications Conference. — Orlando, USA, 2007.
7. Carriere T., Butz J. R., Naha S., Brewer A., Abbud-Madrid A. Fire suppression test using a handheld water mist extinguisher designed for the International Space Station // 42nd International Conference on Environmental Systems. — California, USA, 2012.
8. RodriquezB., Young G. Development of International Space Station fine water mist portable fire extin-quisher // 43rd International Conference on Environmental Systems. — Vail, CO, 2013.
9. Ковалев А. Н., Журавлева Л. А. Перспективные направления тушения низовых лесных и степных пожаров // Научная жизнь. — 2012. —№4. — С. 153-157.
10. АбдурагимовИ. М.Несостоятельность идеи применения тонкораспыленной и "термоактивированной" (перегретой) воды для пожаротушения // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 6. — С. 54-58.
11. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Численная оценка оптимальных размеров капель воды в условиях ее распыления средствами пожаротушения в помещениях // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 5. — С. 74-78.
12. 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.
13. 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.
14. Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Тепломассоперенос при движении капель воды в высокотемпературной газовой среде // Инженерно-физический журнал. — 2013. — Т. 86, № 1. —С. 59-65.
15. Волков Р. С., Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Экспериментальное исследование закономерностей испарения тонкораспыленной воды при движении через высокотемпературные продукты сгорания // Бутлеровские сообщения. — 2013. — Т. 35, № 9. — С. 38-46.
16. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. О некоторых физических закономерностях испарения распыленной воды при движении через высокотемпературные продукты сгорания // Известия Томского политехнического университета. — 2013. — Т. 322, № 6. — С. 45-52.
17. 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.
18. Горшков B. C., 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.
19. Кузнецов Г. В., Барановский Н. В. Прогноз возникновения лесных пожаров и их экологических последствий. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2009. — 301 с.
20. Keane R. D., Adrian R. /.Theory of cross-correlation analysis of PIV images // Applied Scientific Research. — 1992. — Vol. 49. — P. 191-215.
21. Westerweel /.Fundamentals of digital particle image velocimetry // Measurement Science and Technology. — 1997. — Vol. 8. — P. 1379-1392.
22. FoucautJ. M., Stanislas M. Some considerations on the accuracy and frequency response of some derivative filters applied to particle image velocimetry vector fields // Measurement Science and Technology. — 2002. — Vol. 13.—P. 1058-1071.
23. ШенкХ. Теория инженерного эксперимента. — М. : Мир, 1972. — 381 с.
24. ЗайдельА. Н. Элементарные оценки ошибок измерений / Академия наук СССР. — 3-е изд., испр. и доп. — Л. : Наука, 1968. — 96 с.
25. Полежаев Ю. В., Юрьевич Ф. Б. Тепловая защита. — М. : Энергия, 1976. — 391 с.
26. Терехов В. И., Пахомов М. А. Тепломассоперенос и гидродинамика в газокапельных потоках. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. — 284 с.
Материал поступил в редакцию 7 ноября 2014 г.
INFLUENCE OF SOLID INCLUSIONS IN LIQUID DROPS ON EVAPORATION INTENSITY IN THE FLAME
VOLKOV R. S., Assistant of Automation Thermal and Power Processes Department, Institute of Power Engineering of National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: romanvolkov@tpu.ru)
ZABELIN M. V., Postgraduate Student of Automation Thermal and Power Processes Department, Institute of Power Engineering of National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: zabelinmv@tpu.ru)
KUZNETSOV G. V., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Head of Theoretical and Industrial Heat Engineering Department, Institute of Power Engineering of National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: elf@tpu.ru)
STRIZHAK P. A., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Automation Thermal and Power Processes Department, Institute of Power Engineering of National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: pavelspa@tpu.ru)
: English
ABSTRACT
The article presents scheme, technique and experimental investigation results of containing in water drops solid inclusions (nonmetallic and metal particles) influence on sizes changes, decrease of liquid weight and the evaporation intensity at movement through the flame zone. The modern high-speed
measuring system of two-phase vapor-liquid streams diagnostics on the basis of Particle Image Velocimetry (PIV) and Interferometric Particle Imaging (IPI) optical methods is used for the recording and processing of video frames. It is established that the measurement errors of liquid droplet sizes amounted to 0.001 mm.
Video frames of the drops containing solid inclusions in the form of carbon particles of the fixed sizes (50^500) 10-6 m are provided. Limit changes of the drops sizes at movement through a flame are established. Influence of solid particles in liquid drops on completeness of their evaporation at moving through the flame with fixed height is analyzed. Dependences of the evaporated liquid share on concentration and the sizes of containing in it solid particles for water drops with sizes of 3 mm are presented. It is established that for achievement of liquid drops crushing in a flame zone the sizes of entering into their structure solid particles have to vary within 50-70 % from the drops sizes.
It is shown that for intensification of liquids evaporation in a flame zone is expediently specialized introduction to its structure of solid inclusions.
Keywords: flame; combustion products; water; drops; solid inclusions; evaporation; quenching.
REFERENCES
1. Wighus R. Water mist fire suppression technology — status and gaps in knowledge. Proceedings of the International Water Mist Conference. Vienna, 2001, pp. 1-26.
2. Karpov A. I., Novozhilov V. B., Galat A. A., Bulgakov V. K. Numerical modeling of the effect of fine water mist on the small scale flame spreading over solid combustibles. Fire Safety Science: Proceeding of Eight International Symposium, 2005, vol. 27, pp. 753-764.
3. Sokovikov V. V., Tugov A. N., Grishin V. V., Kamyshev V. N. Avtomaticheskoye vodyanoye pozharo-tusheniye s primeneniyem tonkoraspylennoy vody na elektrostantsiyakh [Automatic water fire extinguishing with using of sprayed water at power plants]. Energetik — Power Engineer, 2008, no. 6, pp. 37-38.
4. Segal M. D. Ispolzovaniye tonkoraspylennoy vody dlya povysheniya protivopozharnoy zashchity ka-belnykh sooruzheniy AES [The water mist system for cable construction of nuclear power plant fire protection]. Problemy bezopasnosti i chrezvychaynykh situatsiy — Problems of Safety and Emergency Situations, 2011, no. 4, pp. 61-64.
5. Korol'chenko D. A., Gromovoy V. Yu., Vorogushin O. O. Primeneniye tonkoraspylennoy vody dlya tusheniya pozharov v vysotnykh zdaniyakh [Fire extinguishing in tall buildings by using water mist systems]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 9, pp. 54-57.
6. Abbud-Madrid A., Watson D., McKinnon J. T. On the effectiveness of carbon dioxide, nitrogen and water mist for the suppression and extinction of spacecraft fires. Suppression and Detection Research and Applications Conference. Orlando, USA, 2007.
7. Carriere T., Butz J. R., Naha S., Brewer A., Abbud-Madrid A. Fire suppression test using a handheld water mist extinguisher designed for the International Space Station. 42nd International Conference on Environmental Systems. California, USA, 2012.
8. Rodriquez B., Young G. Development of International Space Station fine water mist portable fire extin-quisher. 43rdInternational Conference on Environmental Systems. Vail, CO, 2013.
9. Kovalev A. N., Zhuravleva L. A. Perspektivnyye napravleniya tusheniya nizovykh lesnykh i stepnykh pozharov [Perspective directions of the ground forest and steppe fires firefighting]. Nauchnayazhizn — Scientific Life, 2012, no. 4, pp. 153-157.
10. Abduragimov I. M. Nesostoyatelnost idei primeneniya tonkoraspylennoy i "termoaktivirovannoy" (peregretoy) vody dlya pozharotusheniya [The failure of the idea of applying mist and the "thermally activated" (superheated) water for firefighting]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 6, pp. 54-58.
11. 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.
12. Glushkov D. O., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Chislennoye issledovaniye teplomassoperenosa pri dvizhenii "tandema" kapel vody v vysokotemperaturnoy gazovoy srede [Numerical research of heat-and-mass transfer at movement of water drops "tandem" in the high temperature gas mixture]. Teplo-vyyeprotsessy v tekhnike — Thermal Processes in Engineering, 2012, vol. 4, no. 12, pp. 531-538.
13. Volkov R. S., Vysokomornaya O. V., Strizhak P. A. Chislennoye issledovaniye usloviy vzaimodey-stviya dispergirovannogo flegmatizatora goreniya s vysokotemperaturnymi produktami sgoraniya [Numerical investigation of interaction conditions of the dispersed burning phlegmtizator with high temperature combustion products]. Bezopasnost truda v promyshlennosti—Safety of Work in Industry, 2012, no. 10, pp. 74-79.
14. Vysokomornaya O. V., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Teplomassoperenos pri dvizhenii kapel vody v vysokotemperaturnoy gazovoy srede [Heat-and-mass transfer at water drops movement in the high-temperature gas mixture]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal — Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2013, vol. 86, no. 1, pp. 59-65.
15. Volkov R. S., Vysokomornaya O. V., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Eksperimentalnoye issledova-niye zakonomernostey ispareniya tonkoraspylennoy vody pri dvizhenii cherez vysokotemperaturnyye produkty sgoraniya [Experimental research of evaporation regularities for pulverized water moving through high-temperature combustion products]. Butlerovskiye soobshcheniya — Butlerov Communications, 2013, vol. 35, no. 9, pp. 38-46.
16. Volkov R. S., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. O nekotorykh fizicheskikh zakonomernostyakh ispare-niya raspylennoy vody pri dvizhenii cherez vysokotemperaturnyye produkty sgoraniya [About some physical evaporation regularities of the sprayed water at movement through high-temperature combustion products]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta — Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2013, vol. 322, no. 6, pp. 45-52.
17. Khasanov I. R., Moskvilin Ye. A. Aviatsionnyye metody tusheniyakrupnykhlesnykhpozharov [Aviation methods of major forest fires suppression]. Materialy XV nauchno-prakticheskoy konferentsii "Problemy goreniya i tusheniya pozharov na rubezhe vekov" [Materials of XV Scientific Conference "Problems ofburning and suppression of fires at aturn of centuries"]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection Publ., 1999, part 1, pp. 300-301.
18. Gorshkov V. S., Moskvilin Ye. A., Khasanov I. R. Otsenkaparametrov tusheniya lesnykh pozharov avi-atsionnymi sredstvami [Assessment of parameters of forest fires suppression by aviation means]. Sbor-nik tezisov nauchno-prakticheskoy konferentsii "Problemy prognozirovaniya chrezvychaynykh situatsiy i ikh istochnikov" [Collection of scientific and practical conference theses "Forecasting problems of emergency situations and their sources"]. Moscow, IITS VNII GOChS Publ., 2001, pp. 34-35.
19. Kuznetsov G. V., Baranovskiy N. V. Prognoz vozniknoveniya lesnykh pozharov i ikh ekologicheskikh posledstviy [Forecast of forest fires emergence and their ecological consequences]. Novosibirsk, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2009. 301 p.
20. Keane R. D., Adrian R. J. Theory of cross-correlation analysis of PIV images. Applied Scientific Research, 1992, vol. 49, pp. 191-215.
21. Westerweel J. Fundamentals of digital particle image velocimetry. Measurement Science and Technology, 1997, vol. 8, pp. 1379-1392.
22. Foucaut J. M., Stanislas M. Some considerations on the accuracy and frequency response of some derivative filters applied to particle image velocimetry vector fields. Measurement Science and Technology, 2002, vol. 13, pp. 1058-1071.
23. ShenkKh. Teoriya inzhenernogo eksperimenta [Theory of engineering experiment]. Moscow, Mir Publ., 1972. 381 p.
24. Zaydel A.N. Elementarnyye otsenki oshibok izmereniy [Simple estimates of measurement errors]. The Academy of Sciences of the USSR. Leningrad, Nauka Publ., 1968. 96 p.
25. Polezhaev Yu. V., Yuryevich F. B. Teplovayazashchita [Thermal protection]. Moscow, Energiya Publ., 1976. 391 p.
26. Terekhov V. I., Pakhomov M. A. Teplomassoperenos i gidrodinamika v gazokapelnykhpotokakh [Heat-and-mass transfer and hydrodynamics in gas-drop streams]. Novosibirsk, NSTU Publ., 2009. 284 p.
