Процесс формирования взрывоопасной смеси в экспериментальной камере

Введение. Для подготовки качественной газовоздушной смеси часто используют вентиляторы, которые не только перемешивают смесь, но и создают потоки со значительными пульсационными составляющими. Это приводит к значительным погрешностям и плохой повторяемости экспериментов.

Цель. Основная цель настоящего исследования заключалась в определении времени, необходимого для качественного смешивания горючего газа и воздуха, находящихся в экспериментальной камере. Пространственная равномерность газовой концентрации горючей смеси оказывает решающее значение на результаты проводимых опытов.

Методы исследования. В статье приводятся результаты расчетов по программам, достоверность вычислений которых проверена на результатах тестовых расчетов задач, имеющих аналитические решения. В качестве исходных уравнений, описывающих распределение концентрации газа по пространству экспериментальной камеры, использовались известные уравнения диффузии. При расчетах использовался коэффициент турбулентной диффузии, численное значение которого соответствует минимальному значению для закрытых помещений: D = 0,005 м2/с. Расчеты осуществлялись по явной разностной схеме в пакете MatLab.

Результаты. В статье приводятся результаты расчетов пространственного распределения концентрации газа в экспериментальной камере для различных моментов времени. Получено минимальное время, которое необходимо для формирования качественной газовоздушной смеси в камере. Приведенные в статье мгновенные фотографии дефлаграционного взрыва показывают, что за счет естественной диффузии сформирована однородная смесь хорошего качества. Временные интервалы, которые были использованы для смешения горючего газа и воздуха в испытательной камере, соответствовали полученным расчетным значениям времени, необходимого для качественной подготовки горючей смеси.

Выводы. В настоящей статье показано, что для подготовки качественной газовоздушной смеси не следует использовать вентиляторы и что с данной проблемой хорошо справляется естественная турбулентная диффузия газов. Расчетным путем получены минимальные интервалы времени, которые необходимы для формирования в кубической камере произвольного размера качественной газовоздушной смеси.

1. Громов Н.В. Совершенствование технической системы обеспечения взрывоустойчивости зданий при взрывах газопаровоздушных смесей : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2007. 134 с.

2. Шлег А.М. Определение параметров легкосбрасываемых конструкций : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2002. 201 с.

3. Казеннов В.В. Динамические процессы дефлаграционного горения во взрывоопасных зданиях и помещениях : дис. … д-ра техн. наук. М. : МГСУ, 1997. 445 с.

4. Азамов Ж.М. Общие принципы проведения экспериментальных исследований внутренних дефлаграционных взрывов // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2023. № 4. С. 79–86. DOI: 10.25257/FE.2023.4.79-86

5. Shamsadin Saeid M.H., Khadem J., Emami S., Ghodrat M. Effect of diffusion time on the mechanism of deflagration to detonation transition in an inhomogeneous mixture of hydrogen-air // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47 (55). Pp. 23411–23426. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.05.116

6. Комаров А.А., Тимохин В.В. Экспериментальное исследование и моделирование процесса формирования взрывоопасных концентраций // Безопасность труда в промышленности. 2023. № 1. С. 84–88. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-1-84-88

7. Бузаев Е.В., Загуменников Р.А. Косвенный метод определения коэффициента турбулентной диффузии при формировании взрывоопасных облаков // Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации : сб. мат. III Междунар. науч.-практ. конф., в 2 ч. Ч. 1. М. : Академия ГПС МЧС России, 2014. С. 133–135.

8. Тимохин В.В. Особенности физической картины развития аварийных взрывов в изолированных помещениях // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 2. С. 60–66. DOI: 10.25257/FE.2022.2.60-66

9. Комаров А.А., Васюков Г.В., Загуменников Р.А., Бузаев Е.В. Экспериментальное исследование и численное моделирование процесса образования взрывоопасной метановоздушной смеси в помещениях // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2015. № 24 (4). С. 30–38. EDN TVFFRH.

10. Загуменников Р.А. Параметры формирования взрывоопасных метановоздушных смесей в производственных помещениях : автореф. дис. … канд. техн. наук. М. : Акад. гос. противопожарной службы МЧС России, 2016. 24 с.

11. Chengjun Yue, Li Chen, Zhan Li, Yuanchao Mao, Xiaohu Yao. Experimental study on gas explosions of methane-air mixtures in a full-scale residence building // Fuel. 2023. Vol. 353. P. 129166. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.129166

12. Бузаев Е.В. Разработка методов прогнозирования параметров взрывоопасных зон при аварийных выбросах горючих веществ : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2015. 124 с.

13. Komarov A., Korolchenko D., Gromov N., Korolchenko A., Jafari M., Gravit M. Specific Aspects of Modeling Gas Mixture Explosions in the Atmosphere // Fire. 2023. Vol. 6. No. 5. Р. 201. DOI: 10.3390/fire6050201

14. Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д-ра техн. наук. М. : МГСУ, 2001. 460 с.

15. Комаров А.А., Корольченко Д.А., Громов Н.В. Экспериментальное определение эффективности остек­ления при аварийных взрывах внутри зданий // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. № 31 (6). С. 78–90. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.06.78-90

16. Zihao Xiu, Zhenyi Liu, Pengliang Li, Mingzhi Li, Jianbo Ma, Tao Fan et al. Research on the dynamics of flame propagation and overpressure evolution in full-scale residential gas deflagration // Case Studies in Thermal Engineering. 2024. No. 62 (1). Р. 105204. DOI: 10.1016/j.csite.2024.105204

17. Поландов Ю.Х., Корольченко Д.А., Евич А.А. Условия возникновения пожара в помещении при газовом взрыве. Экспериментальные данные // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 1. С. 9–21. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.9-21. EDN CLTXYK.

18. Xu Ying, Yimiao Huang, Guowei Ma. A review on effects of different factors on gas explosions in underground structures // Underground Space. 2019. No. 5 (4). Рр. 298–314. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.05.002

19. Cen K., Kang, Bin Song, Ruiqing Shen, Yidong Zhang, Wuge Yu, Qingsheng Wang. Dynamic Characteristics of Gas Explosion and Its Mitigation Measures inside Residential Buildings // Mathematical Problems in Engineering. 2019. No. 5. Pр. 1–15. DOI: 10.1155/2019/2068958

20. Bao Q., Fang Q., Zhang Y., Chen L., Yang S., Li Z. Effects of gas concentration and venting pressure on overpressure transients during vented explosion of methane-air mixtures // Fuel. 2016. Vol. 175. Pp. 40–48. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.01.084

21. Korоlchenko D., Polandov Iu.K., Evich A. Dynamic effects at internal deflagration explosions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 603. Р. 052008. DOI: 10.1088/1757-899X/603/5/052008