Исследование термической устойчивости пены различной кратности

Введение. В настоящее время промышленность выпускает широкий спектр пеногенераторов для получения огнетушащих пен, а производимые ими пены существенно различаются кратностью и, соответственно, устойчивостью в условиях пожара. Поскольку основное разрушающее действие на пену оказывают тепловые потоки, то целью данной работы является установление закономерностей разрушения пены различной кратности при термическом воздействии.

Методы исследования. В испытаниях использовали пену кратностью от 7,5 до 80, полученную механическим взбиванием 6%-го раствора пенообразователя ПО-6РЗ. Термическая устойчивость пены изучалась при воздействии теплового потока от пламени газовой горелки на слой пены. При проведении эксперимента фиксировали изменение высоты столба пены во времени.

Результаты и обсуждение. Результаты измерений, представленные в виде зависимости скорости разрушения слоя пены от времени, количества высвобожденной жидкой фазы на 1 м²·с, зависимости скорости разрушения слоя пены от ее плотности, позволили выявить ряд закономерностей. Скорость разрушения пены кратностью до 30 на протяжении всего времени термического воздействия остается постоянной. С повышением кратности пены наблюдается возрастание скорости разрушения на начальном этапе воздействия теплового потока. При кратности пены более 50 на начальном этапе происходит резкое увеличение скорости разрушения, которая в дальнейшем снижается по мере уменьшения столба пены. В условиях эксперимента лучшие характеристики показала пена кратностью 50, поскольку у пены с меньшей кратностью существенный вклад в ее разрушение вносит синерезис, а пены с большей кратностью разрушаются при механическом воздействии конвективных потоков пламени.

Заключение. Исследование закономерностей разрушения пены при термическом воздействии позволило установить, что ее разрушение лимитируется скоростью обеднения верхних слоев жидкостью.

1. Чайковский Е.В. Огонь и «Натиск» // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2006. Т. 15. № S2. С. 20–22.

2. Taylor R.G. Technical report 98: Compressed air foam systems in limited staffing conditions. Morristown, New Jersey : Morristown Fire Bureau, 1998. Pp. 75–112.

3. Ольховский И.А., Фещенко А.Н., Меженов В.А., Скворцов С.С. Способ определения кратности пены при подаче из воздушно-пенных и лафетных стволов с пенными насадками // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2019. № 4. С. 57–61. DOI: 10.25257/FE.2019.4.57-61

4. Гайнуллина Е.В., Якубова Т.В., Кректунов А.А. Исследование возможности улучшения огнетушащих свойств воздушно-механических пен // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015. № 1–1 (6). С. 78–80.

5. Exerowa D., Kruglyakov P.M. Foam and foam films — theory, experiment, applications. Amsterdam : Elsevier Science B.V., 1998. 773 p. DOI: 10.1016/s1383-7303(98)x8001-4

6. Kruglyakov P.M. Equilibrium properties of free films and stability of foams and emulsions // Thin Liquid Films. New York : Marcel Dekker, 1988. Pp. 767–818.

7. Murray B.S. Stabilization of bubbles and foams // Current Opinion in Colloid & Interface Science. 2007. Vol. 12. Issues 4–5. Pp. 232–241. DOI: 10.1016/j.cocis.2007.07.009

8. Пашковский П.С. Температурные условия устойчивого пенообразования на сетках // Научный вестник НИИГД Респиратор. 2018. № 3 (55). С. 19–27.

9. Воевода С.С., Шароварников А.Ф., Бастриков Д.Л., Крутов М.А. Влияние факторов пожара на огнетушащую эффективность пленкообразующих пенообразователей // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2012. Т. 21. № 10. С. 63–65.

10. Кругляков П.М., Ексерова Д.Р. Пена и пенные пленки. М. : Химия, 1990. 432 с.

11. Gochev G., Platikanov D., Miller R. Chronicles of foam films // Advances in Colloid and Interface Science. 2016. Vol. 233. Pp. 115–125. DOI: 10.1016/j.cis.2015.08.009

12. Артемьев Н.С., Подгрушный А.В., Опарин Д.Е. Коэффициент разрушения воздушно-механической пены средней кратности при тушении жидкости в резервуаре // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2007. Т. 16. № 1. С. 82–83.

13. Guan J.-L., Yu Z.-F., Kuang K.-Q., Xiao X.-K., Hu C. Large petrochemical reservoir fire characteristics and emergency rescue forces needs analysis // 2014 7th International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation. 2014. Pp. 322–326. DOI: 10.1109/ICICTA.2014.85

14. Sheng Y., Jiang J., Lu S., Li C. Fluorinated and fluorine-free firefighting foams spread on heptane surface // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2018. Vol. 552. Pp. 1–8. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2018.05.004

15. Бочаров В.В., Раевская М.В. Использование перфторированных ПАВ в пенообразователях – «второе пришествие» галогенорганики с наихудшим сценарием развития для обитателей земли // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2013. Т. 22. № 10. С. 75–82.

16. Дадашов И.Ф., Киреев А.А., Трегубов Д.Г. Экспериментальное исследование скорости выгорания и условий тушения модельного очага пожара класса в при поочередном применении гранулированного пеностекла и гелеобразующего огнетушащего вещества // Науковий вiсник: Цивiльний захист та пожежна безпека. 2018. Т. 1. № 2 (6). С. 70–78. DOI: 10.33269/nvcz.2018.2.70-78

17. Вилкова Н.Г. Свойства пен и методы их исследования : монография. Пенза, 2014. 120 с.

18. Кругляков П.М., Кочубей Н.В., Кузнецова Л.Л. О взаимосвязи внутреннего разрушения пены и уменьшения ее объема // Коллоидный журнал. 1983. Т. 45. № 5. С. 893–900.

19. Канн К.Б. Капиллярная гидродинамика пен. Новосибирск : Наука, 1989. 167 с.

20. Princen H.M. Gravitational syneresis in foams and concentrated emulsions // Journal of Colloid and Interface Science. 1990. Vol. 134. Issue 1. Pp. 188–197. DOI: 10.1016/0021-9797(90)90266-q

21. Кокшаров А.В., Марков В.Ф., Бучельников Д.Ю., Терентьев В.В. Стабилизация пены низкой кратности натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 10. С. 79–83.

22. Demitri C., Giuri A., Raucci M.G., Giugliano D., Madaghiele M., Sannino A. et al. Preparation and characterization of cellulose-based foams via microwave curing // Interface Focus. 2014. Vol. 4. Issue 1. P. 20130053. DOI: 10.1098/rsfs.2013.0053