CC BY
37
Р. С. ВОЛКОВ, ассистент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected]) Г. В. КУЗНЕЦОВ, д-р физ.-мат. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected])
П. А. СТРИЖАК, д-р физ.-мат. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected])
УДК 536.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛНОТЫ ИСПАРЕНИЯ РАСПЫЛЕННОЙ ВОДЫ ПРИ ЕЕ ДВИЖЕНИИ ЧЕРЕЗ ПЛАМЯ
Выполнено экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при движении через высокотемпературные продукты сгорания. Определены численные значения скорости, массы и размеров водяных капель после прохождения их через пламя фиксированной высоты. Проанализированы эффекты, связанные с влиянием "соседних" капель на условия парообразования. Установлены параметры распыления воды, при которых обеспечивается полнота ее испарения.
Кпючевые слова: пожар; тушение; распыленная вода; капли воды; полнота испарения.
Введение
В последние годы в научной литературе достаточно часто формулируются заключения о целесообразности использования специальных распылительных систем при тушении пожаров различной степени сложности [1-9]. Известны результаты как аналитических, так и экспериментальных исследований эффективности использования распылителей при ликвидации различных возгораний. Однако результатов фундаментальных исследований физических процессов, протекающих при движении распыленной воды через пламя, опубликовано не так много, несмотря на то что о целесообразности их проведения говорилось неоднократно [1-3]. В частности, разработан ряд моделей тепломассопереноса [10-18] для исследования фазовых переходов при испарении капель тушащей жидкости, движущихся через пламя, в условиях сложного сопряженного конвективного и кондуктивного теплообмена. Установлены интегральные характеристики испарения одиночных и совокупности нескольких капель. Определено влияние скорости, размеров и температуры капель на полноту их испарения. Однако вследствие интенсивных фазовых переходов и сложных условий теплообмена численные модели [10-18] трудно (определяющую роль играют ограничения по числу узлов пространственных и временных сеток) развивать на большие объемы распыляемой ту© Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижах П. А., 2013
шащей жидкости и сверхмалые (до 10 мкм) размеры капель.
Анализ состояния таких важных научных направлений, как режимы течения двухфазных потоков и фазовые переходы в условиях сопряженного конвективного и кондуктивного теплообмена, показал, что для исследования движения мелкодисперсных пароводяных потоков в области высокотемпературных газов рекомендуется использовать либо специализированные математические пакеты [19-21], либо современные высокоскоростные экспериментальные методы диагностики, в частности РГУ, РТУ и ЫБ [22-24]. Из-за достаточно узкой специализации известных математических пакетов [19-21] затруднительно их применение без обязательной и очень трудоемкой процедуры адаптации. Проведение таких операций усложняет нередко закрытые для редактирования в коммерческих пакетах функции и различные операнды. Поэтому представляется целесообразным для исследований закономерностей испарения распыленной водой в зоне высокотемпературного пламени использовать высокоскоростные экспериментальные методы диагностики [22-24].
Цель настоящей работы — экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при движении через пламя фиксированной высоты с помощью диагностической измерительной РГУ-системы.
Методика проведения эксперимента
В работе использована схема, предусматривающая распыление рабочей жидкости с определенной высоты в зону пламени (рис. 1). Для повышения качества видеограмм применялась вода с примесью (до 0,5 %) специальных «трассирующих» частиц — наночастиц диоксида титана ТЮ2. Рабочая жидкость 8 из емкости 7 подавалась в распылитель 9, который использовался для формирования совокупности капель (см. рис. 1). Для регистрации изображений движущихся капель применялась измерительная РГУ-система, состоящая из генератора лазерного излучения 3, двойного твердотельного импульсного лазера 4, кросскорреляционной камеры 5, синхронизатора 2 и ПК 1. С использованием специализированного программного обеспечения результаты видеосъемки кадрировались (задержка между кадрами составляла 100 мс), строились поля скоростей двухфазного потока, а также определялись скорости, линейные размеры и концентрации капель в рабочей области. Типичные диагностические РГУ-системы и соответствующие экспериментальные методики описаны в [25].
Серии экспериментов проводились за малые интервалы времени с целью минимизации расхождений условий проведения опытов, а также обеспечения постоянства состава рабочей жидкости и продуктов сгорания.
В качестве интегральных параметров исследуемого процесса приняты скорость движения, размеры, масса и концентрация капель жидкости в рабочей области. Регистрировались видеограммы на входе в цилиндр 13 (высота 1 м) и после прохождения зоны пламени (см. рис. 1). В основании цилинд-
рической трубы 13 установлен цилиндр 14, во внутреннее пространство которого заливалось и поджигалось типичное жидкое топливо (керосин). Для повышения качества видеосъемки применена процедура лазерного подсвечивания траектории движения пароводяного потока.
Постоянство размеров и концентраций совокупности капель в серии опытов обеспечивалось соответствующими настройками распылителя рабочей жидкости 8. Размеры капель варьировались в интервале 0,075 < Я < 0,375 мм. При обработке видеограмм для оценки изменения характеристик испарения капель последние условно разделены на три группы: малые — 0,075 < Ям < 0,175 мм; средние — 0,175 < Яс < 0,275 мм; большие—0,275 < Яб < 0,375 мм.
Температура продуктов сгорания в цилиндрическом канале 13, контролируемая хромель-копелевыми термопарами 15, составляла (1070±30) К. Использовалась методика термопарных измерений [26]. Измерения температуры выполнялись на разных по высоте отметках в зоне движения продуктов сгорания (см. рис. 1). Постоянство (отклонения не более 0,1 м) высоты пламени и, как следствие, температуры в зоне горения обеспечивалось стабильностью внешних условий проведения эксперимента (температура и скорость движения воздушных потоков в помещении и др.).
После проведения опытов видеокадры обрабатывались с использованием специализированного программного обеспечения, входящего в состав измерительной РГУ-системы. Строились поля скоростей распыленной жидкости в рабочей области. Обработка видеоизображений проводилась на основе кросскорреляционного алгоритма, представляющего
Рис. 1. Схема экспериментальной установки № 1 для видеорегистрации капель до (а) и после (6) прохождения ими зоны пламени: 1 — ПК; 2 — синхронизатор ПК, кросскорреляционной камеры и лазера; 3 — генератор лазерного излучения; 4 — двойной твердотельный импульсный лазер; 5 — кросскорреляционная камера; 6—световой "нож"; 7—емкость с рабочей жидкостью; 8 — рабочая жидкость; 9 — распылитель; 10 — штатив; 11 — капли рабочей жидкости; 12 — канал движения охлаждающей жидкости лазера; 13 — цилиндр из жаростойкого светопрозрачного материала; 14 — полый цилиндр, во внутреннее пространство которого залита горючая жидкость; 15 — термопары
Рис. 2. Схема экспериментальной установки № 2: 1 — источник света; 2 — матовое стекло; 3 — щель; 4 — коллими-рующая линза; 5 — держатель для металлической подложки (с отверстием для нагревательной спирали); 6 — конденсирующая линза; 7—непрозрачный щит с отверстием; 8 — камера с объективом; 9 — подложка; 10 — капля; 11 —лабораторный автотрансформатор; 12 — автоматический дозатор; 13—шланг для подвода исследуемой жидкости непосредственно к подложке; 14 — ПК
собой метод быстрого преобразования Фурье с добавлением условий выполнения корреляционной теоремы [25]. Для уменьшения случайных корреляций (эффекта "потери пары") применялись наложенные (top-hat) приложения [25].
Погрешности определения размеров капель согласно методике [27] составляли 0,044 мм. Случайные погрешности измерения массы капель, оцениваемые по методике [28], для рассматриваемой установки (см. рис. 1) не превышали 1 %. Среднеквадратичные отклонения массы в серии опытов составляли 0,00006 г
Дополнительно проведена серия опытов для сравнения времени испарения капель воды без примеси "трассирующих" частиц и двухкомпонентной рабочей жидкости (с добавками нанодиоксида титана). Схема установки (рис. 2) предполагала испарение капель на металлической подложке. При обработке видеокадров использовался "теневой" метод [29]. Капли рабочей жидкости освещались равномерным
светом с последующей фиксацией формы капли по ее тени. Температура подложки, регистрируемая хро-мель-копелевой термопарой, составляла (328+2) К. Процесс испарения считался завершенным в момент исчезновения тени капли [29].
Случайные погрешности экспериментов по испарению капель на подложке (см. рис. 2), вычисленные аналогично основному эксперименту, составили 2,7 % (вода без "трассирующих" частиц) и 1,1 % (вода с примесью нанопорошка ТЮ2). Систематические погрешности, оцениваемые по методике [28], при погрешностях видеокамеры 0,025 %, хромель-копелевой термопары 0,172 % и дозатора 0,5 % не превышали 0,3 %.
Результаты экспериментов и их обсуждение
Полученные при проведении опытов типичные видеограммы распыленной жидкости и соответствующие им поля скоростей совокупности капель приведены на рис. 3 и 4. Из них видно, что после прохождения жидкостью высокотемпературной зоны пламени общая концентрация капель значительно (в несколько раз) снижается. При этом скорость двухфазного пароводяного потока уменьшается более чем на 30 % (см. рис. 4,6) относительно начальной (см. рис. 3,6).
По полученным видеограммам и полям скоростей (см. рис. 3 и 4) выполнен численный анализ основных параметров испарения распыленной жидкости, движущейся в виде совокупности капель через пламя. В таблице приведены результаты для разных по размерам капель (группа 1 — малые, группа 2 — средние, группа 3 — большие).
Установлено, что при прохождении совокупности рассматриваемых капель (0,075 < Яср < 0,375 мм)
Рис. 3. Видеограмма (а) и поле скорости (6) потока капель на входе в канал с пламенем
расстояния 1 м (высота пламени) концентрация их в потоке аср существенно снижается (см. рис. 4) относительно начальной (см. рис. 3). Среди прошедших через пламя капель жидкости практически отсутствуют крупные капли размером Яб > 0,275 мм, а поток на 94,3 % (суммарная концентрация аср для капель групп 1 и 2) состоит из малых и средних ка-
Основные интегральные характеристики испарения капель рабочей жидкости
Параметр Номер группы Значение параметра
на входе в канал на выходе из канала
Средний радиус 1 0,132 0
Яср, мм 2 0,215 0,114
3 0,302 0,204
Средняя масса 1 0,958 10-5 0
Кср,г 2 4,13410-5 0,622-10-5
3 11,523 10-5 3,566 10-5
Средняя относительная концентрация:
^ % 1 44,27 43,07
2 40,13 51,20
3 15,47 5,73
Усрт ед./см3 1 54,864 1,029
2 49,331 1,234
3 18,948 0,137
Общая концентрация в рабочей области уобщ, ед./см3 123,333 2,401
Средняя скорость Гсрт м/с 0,697 0,479
пель (см. рис. 4). Этот результат можно объяснить тем, что в процессе испарения при прохождении зоны продуктов сгорания масса тср больших капель уменьшается на 70 % (см. таблицу), а средних
— на 85 %. Малые капли испаряются полностью Кр ^ 0 и ЯСр ^ 0).
Эксперименты показали, что около 12-18 % малых и средних капель, движущихся во фронте потока, уносятся с уходящими дымовыми газами на входе в канал (не попадают в область горения). Это можно объяснить относительно высокими (до 0,3 м/с) скоростями восходящих продуктов сгорания и достаточно малой массой рассматриваемых капель.
По полученным значениям тср, Яср и аср, приведенным в таблице, можно сделать вывод о существенном изменении структуры двухфазного парожид-костного потока при движении его через высокотемпературные продукты сгорания. Так, например, на входе в канал 13 (см. рис. 1) зарегистрирована следующая относительная концентрация капель аср: группа 1 — 44,27 %, группа 2 — 40,13 %, группа 3
— 15,47 %. На выходе соответствующие значения аср составили: группа 1 — 43,07 %, группа 2 — 51,20 %, группа 3 — 5,73 %. Эти результаты показывают, что при увеличении длины пути распыленной жидкости в области высокотемпературных газов значительно возрастает концентрация малых капель, а для больших и средних аср ^ 0. Поэтому для полноты испарения распыленной жидкости целесообразно параметры распыления (в частности, Яср) выбирать исходя из характерных размеров областей, заполненных высокотемпературными газами.
Установлено, что скорость капель на выходе из области горения уср снижается на 0,217 м/с относительно скорости на входе в канал (см. таблицу). Это
Рис. 5. Видеограмма с зоны пламени
тандемами капель на выходе из
обусловлено как движением продуктов сгорания, так и интенсивным фазовым переходом при парообразовании. Полученный результат хорошо коррелирует с зависимостями, полученными для скорости движения и времени существования водяных капель при проведении численного моделирования с использованием постановок [10-18].
По результатам численных исследований ранее [11-13] было показано, что большую роль при движении капель рабочей жидкости через высокотемпературные газы играет их положение относительно друг друга. Из анализа изотерм и изолиний концентраций продуктов сгорания установлено [11], что при последовательном движении нескольких капель первые из них создают условия для существенного снижения скоростей испарения последующих капель. В серии экспериментов (см. рис. 1) также выявлена аналогичная закономерность. На рис. 5 приведена видеограмма, из которой видно, что относительно большие капли рабочей жидкости располагаются в следе существенно меньших капель.
Полученный результат можно объяснить тем, что капли при испарении значительно снижают температуру (рис. 6) смеси продуктов сгорания и водя-
ных паров в своем следе [11]. Процессы парообразования в окрестности последующих капель в таких условиях замедляются. В условиях высоких температур при интенсивном эндотермическом фазовом переходе скорости движения капель (особенно во фронте потока) снижаются (см. рис. 4,6). Как следствие, расстояние между предыдущей и последующей каплями уменьшается. Этим можно объяснить то, что на рис. 5 некоторые следующие друг за другом капли практически сливаются в одну (зарегистрировано несколько "объединенных" фрагментов). Эксперименты показали, что, скорее всего, по сформулированным уже причинам каждая последующая капля потока рабочей жидкости медленнее испаряется и проходит существенно больший путь относительно предыдущей.
Для оценки влияния на характеристики испарения капель наличия в них примеси "трассирующих" частиц ТЮ2 проведено сравнение времени испарения капель рабочей жидкости, используемой в основном эксперименте, и воды без примеси ТЮ2. Исследования выполнены с использованием экспериментальной установки, схема которой приведена на рис. 2. Определялись скорости изменения размеров капель по их тени при парообразовании и фиксировались значения времени полного испарения ти. Значения времени полного испарения капель воды и двухкомпонентной жидкости (с концентрацией ТЮ2 0,5 %, соответствующей основному эксперименту) приведены на рис. 7.
Из анализа рис. 7 установлено, что отклонения по основным интегральным характеристикам — временам испарения капель воды и смеси с нанопо-рошком ТЮ2 не превышают 0,62 %, поэтому можно сделать вывод о правомерности интерполяции полу-
Рис. 6. Изотермы в окрестности "тандема" капель, движущихся через пламя: 1 — высокотемпературная газовая среда; 2 — первая капля; 2' — вторая капля [11]
U &
К
U
К
ft m
Рис.
СИ (I
106 105 104 103 102 101 100 99
3 4
Номер опыта
7. Время полного испарения тп капель воды без приме) и смеси воды с "трассирующими" частицами (♦)
ченных результатов для рабочей жидкости с "трассирующими" частицами на воду без специализированных примесей.
Заключение
Результаты серии экспериментов с использованием высокоскоростной измерительной РГУ-систе-мы показали, что для обеспечения полноты испарения воды при движении через пламя высотой 1 м
целесообразно ее распыление до достижения размеров капель Я <0,175 мм. Для пламени высотой более 1 м по результатам экспериментов можно рекомендовать, в первую очередь, увеличение не размеров капель Яср, а их концентрации аср в потоке распыленной жидкости.
Установлено существенное влияние капель, движущихся во фронте потока, на интенсивность испарения следующих за ними капель. Показано хорошее соответствие результатов экспериментов полученным ранее показателям численного моделирования испарения "тандема" капель в области высокотемпературных газов [11].
Выявленные в экспериментах закономерности испарения распыленной воды при ее движении через пламя фиксированной высоты позволяют сделать вывод о правомерности основных теоретических заключений [10-18].
***
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации (МК-620.2012.8).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Karpov A. 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.
2. Копылов H. П., Чибисов А. Л., Душкин А. Л., Кудрявцев Е. А. Изучение закономерностей тушения тонкораспыленной водой модельных очагов пожара // Пожарная безопасность. — 2008. —№ 4. — С. 45-58.
3. Душкин А. Л., Ловчинский С. Е. Взаимодействие пламени горючей жидкости с тонкораспыленной водой // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 11. — С. 53-55.
4. 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.
5. Саламов А. А. Современная система пожаротушения "водяной туман" высокого давления // Энергетик. —2012. — №3. — С. 16-18.
6. Андрюшкин А. Ю., Пелех М. Т. Эффективность пожаротушения тонкораспыленной водой // Проблемы управления рисками в техносфере. — 2012. — Т. 21, № 1. — С. 64-69.
7. Бондарь А. А., Решетов А. П., Иванов А. Ю. Математическое моделирование времени тушения пожаров тонкораспыленной водой по результатам эксперимента в замкнутых объемах // Вестник Санкт-Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России : научно-аналитический журнал. — 2012. — № 1. — С. 82-88.
8. ГурьевЮ.В., ТкаченкоИ. В., Еремин Ю. С. Анализ методов компьютерного моделирования процесса распыления из оросителя тонкораспыленной воды // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 10. — С. 77-80.
9. Гурьев Ю. В., Ткаченко И. В., Еремин Ю. С. Использование методов численного моделирования в проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 2. — С. 78-84.
10. Волков Р. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Численная оценка оптимальных размеров капель воды в условиях ее распыления средствами пожаротушения в помещениях // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 5. — С. 74-78.
11. ГлушковД. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Численное исследование тепломассопереноса при движении "тандема" капель воды в высокотемпературной газовой среде // Тепловые процессы в технике. — 2012. — Т. 4, № 12. — С. 531-538.
12. СтрижакП. А. Численное исследование условий испарения совокупности капель воды при движении в высокотемпературной газовой среде // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 8. —С. 26-31.
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. Андреев Г. Г., Глушков Д. О., Панин В. Ф., Стрижак П. А. Тепломассоперенос при взаимодействии диспергированного флегматизатора горения с высокотемпературными продуктами сгорания // Бутлеровские сообщения. — 2012. — Т. 31, № 8. — С. 86-94.
15. Стрижак П. А. Численный анализ процесса испарения капли, движущейся в струе воды через высокоскоростные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. —Т. 21, № 9. — С. 17-23.
16. Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Тепломассоперенос при движении капель воды в высокотемпературной газовой среде // Инженерно-физический журнал. — 2013. — Т. 86, № 1. —С. 59-65.
17. Жданова А. О., Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Влияние распределения капель воды в "водяном снаряде" на температуру в его следе // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 2. — С. 9-17.
18. Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Влияние формы капли воды на результаты математического моделирования ее испарения при движении через высокотемпературные продукты сгорания // Тепловые процессы в технике. — 2013. — Т. 5, № 6. — С. 254-261.
19. Baranov P. A., GolikovA. D., Isaev S. A., SnegirevA. Yu. Numerical and physical modeling of the thermal regime in a metro track tunnel with fire in a moving train carriage // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. — 2000. — Vol. 73, No. 5. — P. 901-904.
20. Isaev S. A., Baranov P. A., Kudryavtsev N. A., Ьузеп^ D. A., Usachov A. E. Complex analysis of turbulence models, algorithms, and grid structures at the computation of recirculating flow in a cavity by means ofVP2/3 and FLUENT packages. Part. 2. Estimation ofmodels adequacy // Thermophysics and Aeromechanics. — 2006. — Vol. 13, No. 1. — P. 55-65.
21. Isaev S. A., Lysenko D. A. Testing of numerical methods, convective schemes, algorithms for approximation of flows, and grid structures by the example of a supersonic flow in a sper-shaped channel with the use of the CFX and FLUENT packages // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. — 2009. — Vol. 82, No. 2. — P. 321-325.
22. BillantP., Chomaz J. M., Huerre P. Experimental study ofvortex breakdown in swirling jets // Journal of Fluid Mechanics. — 1998. — Vol. 376. — P. 183-219.
23. Liang H., Maxworthy T. An experimental investigation of swirling jets // Journal of Fluid Mechanics.
— 2005.—Vol. 525.—P. 115-159.
24. Alekseenko S. V., Dulin V. M., Kozorezov Yu. S., Markovich D. M. Effect of axisymmetric forcing on the structure of a swirling turbulent jet // International Journal of Heat and Fluid Flow. — 2008. — Vol. 29.
— P. 1699-1715.
25. RaffelM., WillertC., Kompenhans J. Particle image velocimetry. —Berlin : Springer Verlag, 1998. — 253 p.
26. Полежаев Ю. В., Юрьевич Ф. Б. Тепловая защита. — М. : Энергия, 1976. — 391 с.
27. ШенкХ. Теория инженерного эксперимента. — М. : Мир, 1972. — 381 с.
28. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений. — Л. : Наука, 1968. — 96 с.
29. Евтихиева О. А., Расковская И. Л., Ринкевичюс Б. С. Лазерная рефрактография. —М. : Физмат-лит, 2008. — 176 с.
30. Ильин А. П., Назаренко О. Б., Коршунов А. В., Роот Л. О. Особенности физико-химических свойств нанопорошков и наноматериалов. — Томск : Изд-во ТПУ, 2012. — 196 с.
Материал поступил в редакцию 17 июня 2013 г.
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF EVAPORATION INTEGRITY FOR SPRAYED WATER AT MOVING THROUGH FLAME
VOLKOV R. S., Assistant, National Research Tomsk Polytechnic University
(Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
KUZNETSOV G. V., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
STRIZHAK P. A., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenina Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
The article presents scheme, technique and results of an experimental series for evaporation regularities researching of the sprayed water moving through high-temperature combustion products on the example of flame with fixed height. The modern diagnostic measuring PIV-system is used for registration and the analysis of experimental videograms. It is established that errors of the drops sizes and weight determination didn't exceed 0.044 mm and 0.00006 g.
Videograms and speed fields of the sprayed liquid drops groups (water with "tracing" of the titan dioxide nanopowder particles) are provided. Limit changes of the sizes, weight and speeds of drops at movement through a flame are established. Internal structure changes of the two-phase steam-and-water stream in the intensive phase transitions conditions are analysed. It is shown that the concentration enough small drops in working area significantly decreases. The corresponding recommendations about achievement the completeness evaporation of liquid at movement through a flame are formulated.
The influence of "neighboring" drops on steam formation conditions in two-phase flow is established. It is shown that previous drops significantly slow down the evaporation process of the subsequent drops. Good compliance of results with the known theoretical conclusions is obtained.
Additional experiment for the analysis of the titan dioxide nanopowder particles influence on the steam formation conditions is also executed. It is shown that deviations on characteristic evaporation times of water drops and the nanopowder TiO2 mix don't exceed 0.62 %. The conclusion is drawn on legitimacy of the received results distribution on the example of the most widespread burning phlegmatizator — water without "tracing" mixes.
Keywords: fire; quenching; sprayed water; water drops; evaporation integrity.
REFERENCES
1. 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.
2. KopylovN. P., Chibisov A. L., Dushkin A. L. Izucheniye zakonomernostey tusheniyatonkoraspylyen-noy vodoy modelnykh ochagov pozhara [Studying of suppression regularities by sprayed water of model fire seats]. Pozharnaya bezopasnost — Fire Safety, 2008, no. 4, pp. 45-58.
3. DyshkinA. L., Lovchinskiy S. E. Vzaimodeystviye plameni goryucheyzhidkosti s tonkoraspylyennoy vodoy [Combustible liquid flame and water mist interaction]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 11, pp. 53-55.
4. Korol'chenko D. A., Gromovoy V. Yu., Vorogushin O. O. Primeneniye tonkoraspylyennoy 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.
5. Salamov A. A. Sovremennaya sistemapozharotusheniya "vodyanoy tuman" vysokogo davleniya [Modern fire suppression high pressure system "water mist"]. Energetik — Power Engineer, 2012, no. 3, pp. 16-18.
6. Andryushkin A. Yu., Pelekh M. T. Effektivnost pozharotusheniya tonkoraspylyennoy vodoy [Efficiency of the stewing fire by sprayed water]. Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere—Problems of Technosphere Risk Management, 2012, vol. 21, no. 1, pp. 64-69.
7. Bondar A. A., Reshetov A. P., Ivanov A. Yu. Matematicheskoye modelirovaniye vremenitusheniyapo-zharov tonkoraspylyennoy vodoy po rezultatam eksperimenta v zamknutykh obyemakh [Mathematical modeling of the sprayed water firefighting times on the results of experiment in the closed volumes]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta gosudarstvennoyprotivopozharnoy sluzhby MChS Rossii, nauchno-analiticheskiy zhurnal — Scientific and Analytical Journal "Bulletin of the St. Petersburg University of Russian State Fire Service Emercom", 2012, no. 1, pp. 82-88.
8. Guryev Yu. V., Tkachenko I. V., Yeremin Yu. S. Analizmetodovkompyuternogomodelirovaniyapro-tsessa raspyleniya iz orositelya tonkoraspylyennoy vody [Analysis of computer modeling methods for spraying process in irrigator with water spray]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 10, pp. 77-80.
9. Guryev Yu. V., Tkachenko I. V., Yeremin Yu. S. Ispolzovaniye metodov chislennogo modelirovaniya v proektirovanii orositeley avtomaticheskikh ustanovok pozharotusheniya tonkoraspylyennoy vodoy [Computational modeling methods in design of irrigator with water spray]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 2, pp. 78-84.
10. VolkovR. S., KuznetsovG. V., StrizhakP. A. Chislennaya otsenkaoptimalnykhrazmerov kapel vody 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.
11. 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-vyye protsessy v tekhnike — Thermal processes in engineering, 2012, vol. 4, no. 12, pp. 531-538.
12. 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.
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. Andreev G. G., Glushkov D. O., Panin V. F., Strizhak P. A. Teplomassoperenos pri vzaimodeystvii dis-pergirovannogo flegmatizatora goreniya s vysokotemperaturnymi produktami sgoraniya [Heat and mass transfer in the interaction of the dispersed burning phlegmatizer with high-temperature combustion products]. Butlerovskiye soobshcheniya — Butlerov Communications, 2012, vol. 31, no. 8, pp. 86-94.
15. 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.
16. 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 ofEngineering Physics and Thermophysics, 2013, vol. 86, no. 1, pp. 59-65.
17. Zhdanova A. O., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Vliyaniye raspredeleniya kapel vody v "vodyanom snaryade" na temperaturu v yego slede [Influence of water droplets distribution in the "water shell" on temperature in follow movement]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 2, pp. 9-17.
18. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. Vliyaniye formy kapli vody na rezultaty matematicheskogo modeliro-vaniya yeye ispareniya pri dvizhenii cherez vysokotemperaturnyye produkty sgoraniya [Influence of a water drop form on a mathematical modeling results of its evaporation at movement through high-temperature combustion products]. Teplovyye protsessy v tekhnike — Thermal Processes in Engineering, 2013, no. 6, pp. 254-261.
19. Baranov P. A., Golikov A. D., Isaev S. A., Snegirev A. Yu. Numerical and physical modeling of the thermal regime in a metro track tunnel with fire in a moving train carriage. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2000, vol. 73, no. 5, pp. 901-904.
20. Isaev S. A., Baranov P. A., Kudryavtsev N. A., Lysenko D. A., Usachov A. E. Complex analysis of turbulence models, algorithms, and grid structures at the computation of recirculating flow in a cavity by means of VP2/3 and FLUENT packages. Part. 2. Estimation of models adequacy. Thermophysics and Aeromechanics, 2006, vol. 13, no. 1, pp. 55-65.
21. Isaev S. A., Lysenko D. A. Testing of numerical methods, convective schemes, algorithms for approximation of flows, and grid structures by the example of a supersonic flow in a sper-shaped channel with the use of the CFX and FLUENT packages. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2009, vol. 82, no. 2, pp. 321-325.
22. BillantP., Chomaz J. M., HuerreP. Experimental study ofvortex breakdown in swirling jets. Journal of Fluid Mechanics, 1998, vol. 376, pp. 183-219.
23. Liang H., Maxworthy T. An experimental investigation of swirling jets. Journal of Fluid Mechanics, 2005, vol. 525, pp. 115-159.
24. Alekseenko S. V., Dulin V. M., Kozorezov Yu. S., Markovich D. M. Effect of axisymmetric forcing on the structure of a swirling turbulent jet. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2008, vol. 29, pp. 1699-1715.
25. Raffel M., Willert C., Kompenhans J. Particle image velocimetry. Berlin, Springer Verlag, 1998.253 p.
26. Polezhayev Yu. V., Yuryevich F. B. Teplovaya zashchita [Thermal protection]. Moscow, Energiya Publ., 1976. 391 p.
27. Shenk Kh. Teoriya inzhenernogo eksperimenta [Theory of engineering experiment]. Moscow, Mir Publ., 1972. 381 p.
28. Zaydel A. N. Elementarnyye otsenki oshibok izmereniy [Simple estimates of measurement errors]. Academy of Sciences of the USSR, Leningrad, Nauka Publ., 1968. 96 p.
29. Yevtikhieva O. A., Raskovskaya I. L., Rinkevichyus B. S. Lazernaya refraktografiya [Laser refracto-graphy]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2008. 176 p.
30. Ilyin A. P., Nazarenko O. B., Korshunov A. V., Root L. O. Osobennosti fiziko-khimicheskikh svoystv nanoporoshkov i nanomaterialov [Features of physical and chemical properties of nanopowders and nanomaterials]. Tomsk, TPU Publ., 2012. 196 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.
121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: [email protected]
Представляет книгу
