firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»firesmi-349Research ArticleПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВАCOMBUSTION AND EXPLOSION PROCESSESВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ КАПЕЛЬ В ПАРОВОДЯНОМ ПОТОКЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ИСПАРЕНИЯ В ПЛАМЕННОЙ ЗОНЕ ГОРЕНИЯDROPLETS DISPERSION INFLUENCE IN THE VAPOR-AND-WATER FLOW ON CHARACTERISTICS OF THEIR MOVEMENT AND EVAPORATION IN THE COMBUSTION FLAME ZONEВолковР. С.VolkovR. S.romanvolkov@tpu.ruКузнецовГ. В.KuznetsovG. V.elf@tpu.ruКуриленкоЕ. Ю.KurilenkoE. Yu.ksmeh@tgasu.ruСтрижакП. А.StrizhakP. A.pavelspa@tpu.ruЭнергетический институт Национального исследовательского Томского политехнического университетаРоссияInstitute of Power Engineering, National Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationТюменский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTyumen State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation2015150520182411024Copyright © Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Куриленко Е.Ю., Стрижак П.А., 20182018Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Куриленко Е.Ю., Стрижак П.А.Volkov R.S., Kuznetsov G.V., Kurilenko E.Y., Strizhak P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/349

Проведено экспериментальное исследование макроскопических закономерностей влияния дисперсности капель жидкости (характеризуемой относительной концентрацией, размерами и расстояниями между ними) в пароводяном потоке на параметры их перемещения и испарения в пламенной зоне горения. Установлены характерные режимы коагуляции капель при движении через высокотемпературную пламенную зону. Выполнен анализ результатов экспериментов с использованием численного моделирования процессов тепломассопереноса и фазовых превращений. Определено влияние размеров, скоростей движения и дисперсности капель в паро-жидкостном потоке на температуру и концентрацию продуктов сгорания. Выделены специфические особенности движения капель воды в парожидкостном потоке через высокотемпературную газовую среду.

The article presents experimental and numerical investigation results of droplets dispersion influence in the vapor-and-water flow on characteristics of their movement and evaporation in the combustion flame zone. High-performance computer systems, methods of high-speed video registration and also modern technical means on the basis of panoramic optical methods of multiphase flows diagnostic were used for the experimental researches. It is established that the systematic measurement errors of droplets sizes and velocities are no more than 1.5 and 2.1 %. Several characteristic modes of droplets coagulation at the movement through a flame are identified. The emergence reasons of each of the revealed modes are established and the corresponding images are presented. The typical videograms and velocity fields illustrating a turn of a vapor-droplet flow by a counter flow of high-temperature gases are shown. With use of numerical simulation methods the distributions of temperatures and concentration of combustion products in the vicinity of water droplets are received. As a result of experimental and numerical results comparison the parameter characterizing a condition of braking and the subsequent droplets ablation is received. It is shown that for a choice of water dispersion parameters in a flame zone it is expedient to use the developed theoretical models and experimental results.

водяной парводакаплипароводяной потокпламяиспарениетемпература и концентрация продуктов сгоранияwater vaporwaterdropletsvapor-and-water flowflameevaporationtemperature and concentration of combustion productsReferencesWighus R. Water mist fire suppression technology - status and gaps in knowledge // Proceedings of the International Water Mist Conference. - Vienna, 2001. - P. 1-26.Wighus R. Water mist fire suppression technology - status and gaps in knowledge // Proceedings of the International Water Mist Conference. - Vienna, 2001. - P. 1-26.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.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.Соковиков В. В., Тугое A. H., Гришин В. В., Камышев В. Н. Автоматическое водяное пожаротушение с применением тонкораспыленной воды на электростанциях // Энергетик. - 2008. - № 6. - С. 37-38.Соковиков В. В., Тугое A. H., Гришин В. В., Камышев В. Н. Автоматическое водяное пожаротушение с применением тонкораспыленной воды на электростанциях // Энергетик. - 2008. - № 6. - С. 37-38.Сегаль М.Д. Использование тонкораспыленной воды для повышения противопожарной защиты кабельных сооружений АЭС // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2011. - №4.- С. 61-64.Сегаль М.Д. Использование тонкораспыленной воды для повышения противопожарной защиты кабельных сооружений АЭС // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2011. - №4.- С. 61-64.Корольченко Д. A., Громовой В. Ю., Ворогушин О. О. Применение тонкораспыленной воды для тушения пожаров в высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность. - 2011. - Т. 20, № 11. - С. 54-57.Корольченко Д. A., Громовой В. Ю., Ворогушин О. О. Применение тонкораспыленной воды для тушения пожаров в высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность. - 2011. - Т. 20, № 11. - С. 54-57.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.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.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 // 42rd International Conference on Environmental Systems. California, USA, 2012.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 // 42rd International Conference on Environmental Systems. California, USA, 2012.Rodriquez B., Young G. Development of International Space Station fine water mist portable fire extin-quisher // 43rd International Conference on Environmental Systems. Vail, CO, 2013.Rodriquez B., Young G. Development of International Space Station fine water mist portable fire extin-quisher // 43rd International Conference on Environmental Systems. Vail, CO, 2013.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численная оценка оптимальных размеров капель воды в условиях ее распыления средствами пожаротушения в помещениях // Пожаровзрывобез-опасность. - 2012. - Т. 21, № 5. - С. 74-78.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численная оценка оптимальных размеров капель воды в условиях ее распыления средствами пожаротушения в помещениях // Пожаровзрывобез-опасность. - 2012. - Т. 21, № 5. - С. 74-78.Стрижак П. A. Численное исследование условий испарения совокупности капель воды при движении в высокотемпературной газовой среде // Пожаровзрывобезопасность. - 2012. - Т. 21, №8.- С. 26-31.Стрижак П. A. Численное исследование условий испарения совокупности капель воды при движении в высокотемпературной газовой среде // Пожаровзрывобезопасность. - 2012. - Т. 21, №8.- С. 26-31.Стрижак П. A. Численный анализ процесса испарения капли, движущейся в струе воды через высокоскоростные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность. - 2012. -Т. 21, № 9. - С. 17-22.Стрижак П. A. Численный анализ процесса испарения капли, движущейся в струе воды через высокоскоростные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность. - 2012. -Т. 21, № 9. - С. 17-22.Глушков Д. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численное исследование тепломассопереноса при движении "тандема" капель воды в высокотемпературной газовой среде // Тепловые процессы в технике. - 2012. - № 12.- С. 531-538.Глушков Д. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численное исследование тепломассопереноса при движении "тандема" капель воды в высокотемпературной газовой среде // Тепловые процессы в технике. - 2012. - № 12.- С. 531-538.Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Тепломассоперенос при движении капель воды в высокотемпературной газовой среде // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 1. -С. 59-65.Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Тепломассоперенос при движении капель воды в высокотемпературной газовой среде // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 1. -С. 59-65.Стрижак П. A. Влияние распределения капель в "водяном снаряде" на температуру и концентрацию продуктов сгорания в его следе //Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 4. - С. 839-848.Стрижак П. A. Влияние распределения капель в "водяном снаряде" на температуру и концентрацию продуктов сгорания в его следе //Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 4. - С. 839-848.Волков P. С., Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование изменения массы капель воды при их движении через высокотемпературные продукты сгорания // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 6. - С. 1327-1332.Волков P. С., Высокоморная О. В., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование изменения массы капель воды при их движении через высокотемпературные продукты сгорания // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Т. 86, № 6. - С. 1327-1332.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при ее движении через пламя // Пожаровзрывобезопасность. -2013. - Т. 22, № 10.- С. 15-24.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование полноты испарения распыленной воды при ее движении через пламя // Пожаровзрывобезопасность. -2013. - Т. 22, № 10.- С. 15-24.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование особенностей движения капель распыленной тушащей жидкости на входе в зону пламени // Пожаровзрывобез-опасность. - 2013. - Т. 22, № 12. - С. 16-23.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Экспериментальное исследование особенностей движения капель распыленной тушащей жидкости на входе в зону пламени // Пожаровзрывобез-опасность. - 2013. - Т. 22, № 12. - С. 16-23.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Особенности испарения двух капель воды, движущихся последовательно через высокотемпературные продукты сгорания // Теплофизика и аэромеханика. - 2014. - Т. 21, № 2. - С. 269-272.Волков P. С., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Особенности испарения двух капель воды, движущихся последовательно через высокотемпературные продукты сгорания // Теплофизика и аэромеханика. - 2014. - Т. 21, № 2. - С. 269-272.Keane R. D., Adrian R. /.Theory of cross-correlation analysis of PIV images // Applied Scientific Research. - 1992. - Vol. 49. - P. 191-215.Keane R. D., Adrian R. /.Theory of cross-correlation analysis of PIV images // Applied Scientific Research. - 1992. - Vol. 49. - P. 191-215.Westerweel /.Fundamentals of digital particle image velocimetry // Measurement Science and Technology. - 1997. - Vol. 8. - P. 1379-1392.Westerweel /.Fundamentals of digital particle image velocimetry // Measurement Science and Technology. - 1997. - Vol. 8. - P. 1379-1392.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.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.Aхметбеков E. К., Маркович Д. М., Токарев М. П. Корреляционная коррекция в методе слежения за частицами в потоках // Вычислительные технологии. - 2010. - Т. 15, № 4. - С. 57-72.Aхметбеков E. К., Маркович Д. М., Токарев М. П. Корреляционная коррекция в методе слежения за частицами в потоках // Вычислительные технологии. - 2010. - Т. 15, № 4. - С. 57-72.Damaschke N., Nobach H., Tropea C. Optical limits of particle concentration for multi-dimensional particle sizing techniques in fluid mechanics // Experiments in Fluids. - 2002. - Vol. 32, No. 2. - P. 143-152.Damaschke N., Nobach H., Tropea C. Optical limits of particle concentration for multi-dimensional particle sizing techniques in fluid mechanics // Experiments in Fluids. - 2002. - Vol. 32, No. 2. - P. 143-152.EmbmA. В., Ложкин Ю. A., Маркович Д. М. Интерферометрический метод измерения диаметров капель // Теплофизика и аэромеханика. -2011. -Т. 18, № 1. - С. 1-13.EmbmA. В., Ложкин Ю. A., Маркович Д. М. Интерферометрический метод измерения диаметров капель // Теплофизика и аэромеханика. -2011. -Т. 18, № 1. - С. 1-13.Франк-Каменецкий Д. A. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука, 1987. - 490 с.Франк-Каменецкий Д. A. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. - М.: Наука, 1987. - 490 с.Пасконов В. М., Полежаев В. И., Чудов Л. A. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. - М. : Наука, 1984. - 277 с.Пасконов В. М., Полежаев В. И., Чудов Л. A. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. - М. : Наука, 1984. - 277 с.Терехов В. И., Пахомов М. A. Тепломассоперенос и гидродинамика в газокапельных потоках. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. - 284 с.Терехов В. И., Пахомов М. A. Тепломассоперенос и гидродинамика в газокапельных потоках. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. - 284 с.Муратова Т. М., Лабунцов Д. A. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации // Теплофизика высоких температур. - 1969. - Т. 7. № 5. - С. 959-967.Муратова Т. М., Лабунцов Д. A. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации // Теплофизика высоких температур. - 1969. - Т. 7. № 5. - С. 959-967.Кнаке О., Странский И. Н. Механизм испарения // Успехи физических наук. - 1959. - Т. 68, №2. - C. 261-305.Кнаке О., Странский И. Н. Механизм испарения // Успехи физических наук. - 1959. - Т. 68, №2. - C. 261-305.Aвдеев A. A., Зудин Ю. E. Кинетический анализ интенсивного испарения (метод обратных балансов) // Теплофизика высоких температур. - 2012. - Т. 50, № 4. - С. 565-574.Aвдеев A. A., Зудин Ю. E. Кинетический анализ интенсивного испарения (метод обратных балансов) // Теплофизика высоких температур. - 2012. - Т. 50, № 4. - С. 565-574.Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. - М. : Атомиздат, 1979. - 416 с.Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. - М. : Атомиздат, 1979. - 416 с.Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Особенности зажигания парогазовой смеси нагретой до высоких температур металлической частицей // Пожаровзрывобезопасность. - 2008. - Т. 17, № 3. - С. 26-32.Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Особенности зажигания парогазовой смеси нагретой до высоких температур металлической частицей // Пожаровзрывобезопасность. - 2008. - Т. 17, № 3. - С. 26-32.Захаревич A. В., Стрижак П. A. Пожарная опасность взаимодействия источников ограниченного теплосодержания с легковоспламеняющимися жидкостями // Пожарная безопасность. - 2011.-№4. - С. 70-75.Захаревич A. В., Стрижак П. A. Пожарная опасность взаимодействия источников ограниченного теплосодержания с легковоспламеняющимися жидкостями // Пожарная безопасность. - 2011.-№4. - С. 70-75.Глушков Д. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численное моделирование твердофазного зажигания металлизированного конденсированного вещества нагретой до высоких температур частицей // Химическая физика. - 2011. - № 12. - С. 35-42.Глушков Д. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Численное моделирование твердофазного зажигания металлизированного конденсированного вещества нагретой до высоких температур частицей // Химическая физика. - 2011. - № 12. - С. 35-42.Жданова A. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Влияние распределения капель воды в "водяном снаряде" на температуру в его следе // Пожаровзрывобезопасность. - 2013. - Т. 22, № 2. - С. 9-17.Жданова A. О., Кузнецов Г. В., Стрижак П. A. Влияние распределения капель воды в "водяном снаряде" на температуру в его следе // Пожаровзрывобезопасность. - 2013. - Т. 22, № 2. - С. 9-17.Aggarwal S. K., Peng F. A review of droplet dynamics and vaporization modeling for engineering calculations // J. Eng. for Gas Turbines and Power. - 1995. - Vol. 117. - P. 453-461.Aggarwal S. K., Peng F. A review of droplet dynamics and vaporization modeling for engineering calculations // J. Eng. for Gas Turbines and Power. - 1995. - Vol. 117. - P. 453-461.Shreiber A. A., Podvisotski A. M., Dubrovski V.V.Deformation and breakup of drops by aerodynamic loads // Atomization and Sprays. - 1996. - Vol. 6, No. 6. - P. 667-692.Shreiber A. A., Podvisotski A. M., Dubrovski V.V.Deformation and breakup of drops by aerodynamic loads // Atomization and Sprays. - 1996. - Vol. 6, No. 6. - P. 667-692.Eggers J., Villermaux E. Physics of liquid jets // Rep. Prog. Phys. - 2008. - Vol. 71, 036601.Eggers J., Villermaux E. Physics of liquid jets // Rep. Prog. Phys. - 2008. - Vol. 71, 036601.Sprittles J. E., Shikhmurzaev Y.D. Coalescence of liquid drops: Different models versus experiment // Phys. Fluids. - 2012. - Vol. 24, 122105.Sprittles J. E., Shikhmurzaev Y.D. Coalescence of liquid drops: Different models versus experiment // Phys. Fluids. - 2012. - Vol. 24, 122105.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.