Preview

Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Физический механизм и способ тушения жидких углеводородов модифицированными суспензиями воды с углеродными наноструктурами

https://doi.org/10.18322/PVB.2019.28.01.22-34

Полный текст:

Аннотация

Введение.Целью настоящей работы является определение механизма тушения жидких углеводородов и разработка способа их тушения водосодержащими суспензиями с УНС.
Материалы. В качестве наноматериалов, диспергированных в дистиллированную воду, использовались нефункционализированные (non-funct) и функционализированные многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT), а также астралены (Astr).
Экспериментальная часть включала определение pH суспензий; исследование наноструктур методом атомно-силовой микроскопии; измерение поверхностного натяжения суспензий; определение скорости их нагрева до температуры кипения, удельной теплоты парообразования; измерение времени тушения модельного очага класса В.
Результаты и обсуждение. Механизм тушения горящих жидких углеводородов суспензиями воды с УНС достигается за счет интенсификации процессов теплоотвода в зоне горения паров нефтепродуктов. Диспергирование малых концентраций УНС (MWCNT, Astr) 0,05–1,0 % об. в водосодержащие составы приводит к увеличению скорости нагрева до температуры кипения и более интенсивному парообразованию, улучшению огнетушащих характеристик при подаче распыленных капель суспензий в зону горения.
В суспензиях DW + non-funct MWCNT и DW + MWCNT с концентрацией 0,8–1,0 % об. повышение огнетушащей эффективности достигается за счет увеличения удельной теплоты парообразования до 2300…2400 кДж/кг, для DW + Astr с концентрацией 0,2–0,5 % об. — 2400…2600 кДж/кг, для DW + Carbopol ETD 2020 + MWCNT с концентрацией 0,5–1,0 % об. — 1100…1400 кДж/кг.
Зависимость времени тушения от скорости нагрева до температуры кипения имеет экстремум в интервале 5,5…6,5 °С/мин для суспензий DW+non-funct MWCNT и DW+MWCNT с концентрацией 0,8–1,0 % об., 5,5…6,5 °С/мин для DW+Astr с концентрацией 0,2–0,5 % об. и 6,0…8,0 °С/мин для DW + Carbopol ETD 2020 + + MWCNT с концентрацией 0,5–1,0 % об.
Заключение.Предложенный способ пожаротушения позволяет значительно повысить эффективность ОТВ на
основе воды при тушении жидких углеводородов за счет интенсификации процессов испарения и охлаждения зоны горения.

Об авторах

А. В. Иванов
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Россия

канд.техн.наук,доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов и производств

Россия, 196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 14



Д. П. Торопов
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Россия

адъюнкт кафедры физико-технических основ обеспечения пожарной безопасности

Россия, 196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 14



Л. В. Медведева
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Россия

д-р пед. наук, профессор, заведующий кафедрой физико-технических основ обеспечения пожарной безопасности

Россия, 196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 14



Е. С. Калинина
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Россия

канд. пед. наук, профессор кафедры высшей математики и системного моделирования сложных процессов

Россия, 196105, г. Санкт-Петербург, Московский просп., 14



Список литературы

1. Rasbash D. J., Rogowski Z. W., Stark G. W. V. Mechanisms of extinction of liquid fires with water sprays //CombustionandFlame.—1960.—Vol. 4.—P. 223–234.DOI:10.1016/S0010-2180(60)80026-0.

2. Шароварников А. Ф., Мельников А. И. Экспериментальные исследования огнетушащей способности водных пленкообразующих растворов фторированных поверхностно-активных веществ // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. — 2015. — Т. 24, № 9. — С. 74–81. DOI: 10.18322/PVB.2015.24.09.74-81.

3. Yu W., Xie H. A review on nanofluids: preparation, stability mechanisms, and applications // Journal of Nanomaterials. — 2012. — 17 p. DOI: 10.1155/2012/435873.

4. Иванов А. В., Торопов Д. П., Ивахнюк Г. К., Федоров А. В., Кузьмин А. А. Исследование огнетушащих свойств воды и гидрогелей с углеродными наноструктурами при ликвидации горения нефтепродуктов // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. — 2017. — Т. 26, № 8. — С. 31–44. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.08.31-44.

5. Zhao Q., Jiang T., Li C., Yin H. Synthesis of multi-wall carbon nanotubes by Ni-substituted (loading) MCM-41 mesoporous molecular sieve catalyzed pyrolysis of ethanol // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. — 2011. — Vol. 17, No. 2. — P. 218–222. DOI: 10.1016/j.jiec.2011.02.009.

6. Sun Y.-P., Fu K., Lin Y., Huang W. Functionalized carbon nanotubes: properties and applications // AccountsofChemicalResearch.—2002.—Vol. 35,No. 12.—P. 1096–1104.DOI:10.1021/ar010160v.

7. Shames A. I., Katz E. A., Panich A. M., Mogilyansky D., Mogilko E., Grinblat J., Belousov V. P., Belousova I. M., Ponomarev A. N. Structural and magnetic resonance study of astralen nanoparticles // Diamond and Related Materials. — 2009. — Vol. 8, No. 2-3. — P. 505–510. DOI: 10.1016/j.diamond.2008.10.056.

8. Ponomarev A., Iudovich M. Multi-layered carbon nanoparticles of the fulleroid type. US Grant 9090752B2, July 28, 2015.

9. Пат. 2479005 Российская Федерация. МПК G05B 24/02 (2006.01), H03B 28/00 (2006.01). Способ и устройство управления физико-химическими процессами в веществе и на границе раздела фаз / Ивахнюк Г. К., Матюхин В. Н., Клачков В. А., Шевченко А. О., Князев А. С., Ивахнюк К. Г., Иванов А. В., Родионов В. А. — № 2011118347/08; заявл. 21.01.2010; опубл. 10.04.2013, Бюл. № 10. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2479005 (дата обращения: 10.11.2018).

10. Voigtlдnder B. Scanning probe microscopy. — Berlin, Heidelberg : Springer, 2015. — 382 p. DOI: 10.1007/978-3-662-45240-0.

11. Khaleduzzaman S. S., Mahbubul I. M., Shahrul I. M., Saidur R. Effect of particle concentration, temperature and surfactant on surface tension of nanofluids // International Communications in Heat and MassTransfer.—2013.—Vol. 49.—P. 110–114.DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2013.10.010.

12. Ding Y., Alias H., Wen D., Williams R. A. Heat transfer of aqueous suspensions of carbon nanotubes (CNT nanofluids) // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2006. — Vol. 49, No. 1-2. — P. 240–250. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.07.009.

13. Suriyawong A., Wongwises S. Nucleate pool boiling heat transfer characteristics of TiO2-water nanofluids at very low concentrations // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2010. — Vol. 34, No. 8. — P. 992–999. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2010.03.002.

14. Nolan D. P. Handbook of fire and explosion protection engineering principles for oil, gas, chemical and related facilities. — 2nd ed. — Elsevier Inc., 2011. — 340 p. DOI: 10.1016/B978-1-4377-7857-1.00039-2.

15. Bhattacharya P., Sahoo S., Das C. K. Microwave absorption behaviour of MWCNT based nanocomposites in X-band region // Express Polymer Letters. — 2013. — Vol. 7, No. 3. — P. 212–223. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2013.20.

16. Moulin F., Devel M., Picaud S. Molecular dynamics simulations of polarizable nanotubes interacting with water // Physical Review B. — 2005. — Vol. 71, No. 16. — P. 165401. DOI: 10.1103/Phys-RevB.71.165401.

17. Пономарев А. Н., Юдович М. Е., Груздев М. В., Юдович В. М. Неметаллическая наночастица во внешнем электромагнитном поле. Топологические факторы взаимодействия мезоструктур // Вопросы материаловедения. — 2009. — № 4(60). — С. 59–64.

18. Дзялошинский И. Е., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Общая теория Ван-дер-Ваальсовых сил // Успехи физических наук. — 1961. — Т. 73, № 3. — С. 381–422.

19. Терехов В. И., Шишкин Н. Е. Испарение капель воды с углеродными нанотрубками // Письма в Журнал технической физики. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 51–57.

20. Das S. K., Choi S. U. S., Yu W., Pradeep T. Nanofluids: science and technology. — Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, 2007. — 397 p. DOI: 10.1002/9780470180693.

21. Tanvir S., Qiao L. Surface tension of nanofluid-type fuels containing suspended nanomaterials // Nanoscale Research Letters. — 2012. — Vol. 7, No. 1. — P. 226. DOI: 10.1186/1556-276X-7-226.


Для цитирования:


Иванов А.В., Торопов Д.П., Медведева Л.В., Калинина Е.С. Физический механизм и способ тушения жидких углеводородов модифицированными суспензиями воды с углеродными наноструктурами. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019;28(1):22-34. https://doi.org/10.18322/PVB.2019.28.01.22-34

For citation:


Ivanov A.V., Toropov D.T., Medvedeva L.V., Kalinina E.S. Physical mechanism and method for fire liquid hydrocarbons by modified water suspensions of carbon nanostructures. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2019;28(1):22-34. (In Russ.) https://doi.org/10.18322/PVB.2019.28.01.22-34

Просмотров: 60


ISSN 0869-7493 (Print)
ISSN 2587-6201 (Online)