<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">firesmi</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0869-7493</issn><issn pub-type="epub">2587-6201</issn><publisher><publisher-name>ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.18322/PVB.2017.26.01.18-24</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">firesmi-3</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>FIRE MODELING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Расположение взрыво- и пожароопасных участков водородно-воздушной смеси по высоте конвективной колонки, образующейся над источником натекания водорода в помещение</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Location of explosion and fire dangerous areas of the hydrogen-air mixture along height of convective column formed over the source of hydrogen leakage in the room</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Пузач</surname><given-names>С. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Puzach</surname><given-names>S. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">puzachsv@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Лебедченко</surname><given-names>О. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Lebedchenko</surname><given-names>O. S.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">ol-26@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff xml:lang="ru" id="aff-1"><institution>Академия ГПС МЧС России</institution><country>Russian Federation</country></aff><pub-date pub-type="collection"><year>2017</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>05</day><month>04</month><year>2018</year></pub-date><volume>26</volume><issue>1</issue><fpage>18</fpage><lpage>24</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Пузач С.В., Лебедченко О.С., 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Пузач С.В., Лебедченко О.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Puzach S.V., Lebedchenko O.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/3">https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/3</self-uri><abstract><p>Предложена математическая модель расчета распределения средних по сечению концентраций водорода по высоте конвективной колонки, образующейся над источником его натекания в помещение. Показано, что расход воздуха, вовлекаемого в колонку, определяется с использованием угла полураскрытия колонки. Из анализа результатов сопоставления расчетов по предложенной модели с экспериментальными данными, приведенными в литературных источниках, получена зависимость угла полураскрытия от числа Фруда. Представлены результаты численных экспериментов по определению зависимостей высоты начала и окончания участков колонки от уровня источника натекания водорода, приходящихся на пожаро- и взрывоопасные водородно-воздушные смеси, от числа Рейнольдса на выходе из отверстия, через которое водород поступает в помещение. Показано, что при турбулентном режиме истечения угол полураскрытия колонки и безразмерные длины пожаро- и взрывоопасной зон практически не зависят от числа Рейнольдса.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Introduction. During leakage of hydrogen in the room convection column is formed over the source of leakage under the influence of buoyancy forces and the pressure drop between ones in the vessel with hydrogen and in the room. Ambient air is mixed with hydrogen unevenly along vertical axis of the column. To determine the lengths of the column sections, falling on flammable and explosive dangerous hydrogen-air mixtures, it is necessary to calculate the concentration field. In general, this problem is highly unsteady and three-dimensional and requires a numerical solution of the original system of equations. In this paper, we consider a model task of hydrogen concentration distribution in the area of the convective column formed over the source of leakage. Materials and methods. There are used methods of gas dynamics and heat and mass transfer for calculating the parameters of the gas mixture during free convection. Theory and calculation. A physics and mathematical model for calculating the distribution of average concentrations of hydrogen in the cross section along the height of the convective column during free convection is proposed. The flow of the hydrogen-air mixture inside the convection column is considered as a steady, one-dimensional and isothermal one. Air flow involving in the column is determined by using the half-angle of column expansion. In similar articles air flow is calculated using the empirical coefficient of flows mixing. Results. The dependence between the half-angle of convective column and the Froude number is obtained from comparison the results received by using the proposed model with the experimental data presented in the literature. There are presented the results of numerical experiments to determine the dependence between the heights of start and end points of the column falling on flammable and explosive hydrogen-air mixtures, and Reynolds number. The turbulent and laminar flow regimes at the exit of the hole through which hydrogen is supplied to the room are considered. Discussion. In laminar and transitional flow conditions at the exit of the hole through which hydrogen is supplied to the room, the half-angle of the column and the dimensionless length of fire and explosive dangerous zones of the column substantially dependent on hydrogen flow rate and the equivalent diameter of the above mentioned hole. In the case of turbulent regime above mentioned parameters practically does not depend on the Reynolds number. Conclusions. In turbulent conditions the dimensionless sizes of fire and explosive dangerous zones and the half-angle of the convection column expansion are practically constant. For a more accurate assessment of the spread of hydrogen in the convection column it must take into account the three-dimensional non-stationary convection that occurs when leakage of hydrogen in the room takes place.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>водород</kwd><kwd>водородно-воздушная смесь</kwd><kwd>конвективная колонка</kwd><kwd>взрывоопасная зона</kwd><kwd>пожароопасная зона</kwd><kwd>hydrogen</kwd><kwd>hydrogen-air mixture</kwd><kwd>convective column</kwd><kwd>explosion dangerous area</kwd><kwd>fire dangerous area</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шевяков Г. Г., Савельева Н. И. Распространение и горение струи водорода в открытой атмосфере // Международный научный журнал “Альтернативная энергетика и экология” (ISJAEE). -2004. -№ 1(9).-С. 23-27.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Шевяков Г. Г., Савельева Н. И. Распространение и горение струи водорода в открытой атмосфере // Международный научный журнал “Альтернативная энергетика и экология” (ISJAEE). -2004. -№ 1(9).-С. 23-27.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Домашенко А. М. Проблемы взрывобезопасности при создании и эксплуатации промышленных систем хранения и транспортирования жидкого водорода. Стандарты // Первый всемирный конгресс “Альтернативная энергетика и экология” (WCAEE). - 2006. - С. 29-38.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Домашенко А. М. Проблемы взрывобезопасности при создании и эксплуатации промышленных систем хранения и транспортирования жидкого водорода. Стандарты // Первый всемирный конгресс “Альтернативная энергетика и экология” (WCAEE). - 2006. - С. 29-38.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Puzach S. V. Some features of formation of local combustible hydrogen-air mixtures during continuous release of hydrogen in a room // International Journal of Hydrogen Energy.-2003.-Vol. 28, No. 9. - P. 1019-1026. DOI: 10.1016/s0360-3199(02)00165-9.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Puzach S. V. Some features of formation of local combustible hydrogen-air mixtures during continuous release of hydrogen in a room // International Journal of Hydrogen Energy.-2003.-Vol. 28, No. 9. - P. 1019-1026. DOI: 10.1016/s0360-3199(02)00165-9.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Горев В. А.Оконцентрационных пределах распространения пламени в системе водород - воздух // Пожаровзрывобезопасность. -2011. -Т. 20, № 12. -С. 23-26.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Горев В. А.Оконцентрационных пределах распространения пламени в системе водород - воздух // Пожаровзрывобезопасность. -2011. -Т. 20, № 12. -С. 23-26.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Agrawal N., Velusamy K., Das S. K.Amethod to characterize mixing and flammability of hydrogen-air mixtures in enclosures // International Journal of Hydrogen Energy. - 2011. - Vol. 36, No. 19. - P. 12607-12617. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.06.116.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Agrawal N., Velusamy K., Das S. K.Amethod to characterize mixing and flammability of hydrogen-air mixtures in enclosures // International Journal of Hydrogen Energy. - 2011. - Vol. 36, No. 19. - P. 12607-12617. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.06.116.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vollmer K. G., Ettner F., Sattelmayer T. Deflagration-to-detonation transition in hydrogen/air mixtures with a concentration gradient // Combustion Science and Technology.-2012.-Vol. 184, No. 10-11. - P. 1903-1915. DOI: 10.1080/00102202.2012.690652.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vollmer K. G., Ettner F., Sattelmayer T. Deflagration-to-detonation transition in hydrogen/air mixtures with a concentration gradient // Combustion Science and Technology.-2012.-Vol. 184, No. 10-11. - P. 1903-1915. DOI: 10.1080/00102202.2012.690652.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rubtsov N. M., Seplyarskii B. S. Concentration limits of combustion in rich hydrogen-air mixtures in the presence of inhibitors // Mendeleev Communications. - 2010. - Vol. 20, No. 5. - P. 296-298. DOI: 10.1016/j.mencom.2010.09.020.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rubtsov N. M., Seplyarskii B. S. Concentration limits of combustion in rich hydrogen-air mixtures in the presence of inhibitors // Mendeleev Communications. - 2010. - Vol. 20, No. 5. - P. 296-298. DOI: 10.1016/j.mencom.2010.09.020.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dorofeev S. B., Sidorov V. P., Dvoinishnikov A. E., Breitung W. Deflagration to detonation transition in large confined volume of lean hydrogen-air mixtures // Combustion and Flame.-1996.-Vol. 104, No. 1-2. - P. 95-110. DOI: 10.1016/0010-2180(95)00113-1.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dorofeev S. B., Sidorov V. P., Dvoinishnikov A. E., Breitung W. Deflagration to detonation transition in large confined volume of lean hydrogen-air mixtures // Combustion and Flame.-1996.-Vol. 104, No. 1-2. - P. 95-110. DOI: 10.1016/0010-2180(95)00113-1.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Boeck L. R., Berger F. M., Hasslberger J., Sattelmayer T. Detonation propagation in hydrogen-air mixtures with transverse concentration gradients // Shock Waves. - 2015. - Vol. 26, Issue 2. - P. 181-192. DOI: 10.1007/s00193-015-0598-8.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Boeck L. R., Berger F. M., Hasslberger J., Sattelmayer T. Detonation propagation in hydrogen-air mixtures with transverse concentration gradients // Shock Waves. - 2015. - Vol. 26, Issue 2. - P. 181-192. DOI: 10.1007/s00193-015-0598-8.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. -М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. -34 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. -М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. -34 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пузач С. В., Лебедченко О. С., Воробьев Н. С. Модельная задача определения коэффициентов участия водорода в горении и взрыве // Пожаровзрывобезопасность. - 2007. - Т. 16, № 5. - С. 16-18.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пузач С. В., Лебедченко О. С., Воробьев Н. С. Модельная задача определения коэффициентов участия водорода в горении и взрыве // Пожаровзрывобезопасность. - 2007. - Т. 16, № 5. - С. 16-18.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пузач С. В., Лебедченко О. С., Болдырев Е. Н. Коэффициенты участия водорода в горении и взрыве при ламинарной и турбулентной конвекции на горизонтальной пластине // Пожаровзрывобезопасность. -2014.-Т. 23, № 6. -С. 26-30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Пузач С. В., Лебедченко О. С., Болдырев Е. Н. Коэффициенты участия водорода в горении и взрыве при ламинарной и турбулентной конвекции на горизонтальной пластине // Пожаровзрывобезопасность. -2014.-Т. 23, № 6. -С. 26-30.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. Н. Численное решение многомерных задач газовой динамики. -М. : Наука, 1982. -289 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. Н. Численное решение многомерных задач газовой динамики. -М. : Наука, 1982. -289 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. -М. : Атомиздат, 1979. -416 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. -М. : Атомиздат, 1979. -416 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.-М. : Наука, 1968. - 720 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.-М. : Наука, 1968. - 720 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. - М. : Химия, 1990. - 496 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. - М. : Химия, 1990. - 496 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров / Пер. с англ. К. Г. Бомштейна; под ред. Ю. А. Кошмарова, В. Е. Малькова. - М. : Стройиздат, 1990. - 424 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров / Пер. с англ. К. Г. Бомштейна; под ред. Ю. А. Кошмарова, В. Е. Малькова. - М. : Стройиздат, 1990. - 424 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Борисов Ю. С. Газотермические покрытия из порошковых материалов : справочник. - Киев : Наукова думка, 1987. - 314 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Борисов Ю. С. Газотермические покрытия из порошковых материалов : справочник. - Киев : Наукова думка, 1987. - 314 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
