Оценка механизмов тушения горючих жидкостей тонкораспыленной водой

Введение. При разработке новых способов тушения пожаров в помещениях зданий и сооружений и использовании для тушения современных огнетушащих средств возникает ряд проблем. Для решения их требуются специальные исследования, например выявление общих принципов обеспечения эффективности тушения пожаров и определение на их основе оптимального режима применения огнетушащих веществ. Цель работы — теоретическая оценка механизмов тушения горючих жидкостей тонкораспыленной водой.

Поставленные задачи: предложить уравнения законов сохранения массы и энергии для пламенной зоны с учетом поступления в нее струи тонкораспыленной воды; выполнить оценку расходов воды, необходимых для реализации различных механизмов тушения; провести сопоставление результатов оценок с экспериментальными данными, полученными при тушении модельных очагов горения горючих жидкостей.

Методика расчета. Расчеты сделаны на основе уравнений законов сохранения массы и энергии в пламенной зоне, образующейся над поверхностью горючего материала.

Результаты исследования. Рассмотрены два механизма тушения, способствующих прекращению горения в пламенной зоне: 1) достижение такой массовой концентрации водяного пара, при которой достигается нижний концентрационный предел горения горючей газовой смеси (флегматизация); 2) охлаждение горючей газовой смеси в пламенной зоне путем испарения воды до температуры вспышки горючих паров.

Выводы. Предложены уравнения законов сохранения массы и энергии для пламенной зоны, образующейся при горении горючих жидкостей с учетом поступления в нее струи тонкораспыленной воды. Выполнена оценка расходов воды, необходимых для реализации различных механизмов тушения, с использованием предложенных уравнений. Проведено сопоставление результатов теоретических оценок с экспериментальными данными по тушению модельных очагов горения горючих жидкостей тонкораспыленной водой.

1. Алешков М.В., Гусев И.А. Обеспечение технологии пожаротушения в замкнутых объемах помещений объектов энергетики // Системы безопасности : мат. 26-й Междунар. науч.-практ. конф. М. : Академия ГПС МЧС России, 2017. С. 176–179. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32292947

2. Копылов Н.П., Хасанов И.Р., Кузнецов А.Е., Федоткин Д.В., Москвилин Е.А., Стрижак П.А., Карпов В.Н. Параметры сброса воды авиационными средствами при тушении лесных пожаров // Пожарная безопасность. 2015. № 2. С. 49–55.

3. Гергель В.И., Мешалкин Е.А. Пожаротушение тонкораспыленной водой высокого давления // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 3. С. 45–49. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.03.45-49

4. Кожинов С. Тушение тонкораспыленной водой электрооборудования, находящегося под напряжением // Безопасность. Достоверность. Информация. 2008. № 79. С. 46–47.

5. Гергель В.И., Мешалкин Е.А. Пожаротушение тонкораспыленной водой // Материалы ХХIХ Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Часть 2. Горение и проблемы тушения пожаров. М. : ВНИИПО, 2017. С. 369–372. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29942838

6. Мешман Л.М. Частные вопросы при проектировании водяных АУП // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. Т. 28. № 1. С. 80–88. URL: https://www.firesmi.ru/jour/article/view/741

7. Войтков И.С., Волков Р.С., Высокоморная О.В., Чернова Г.А., Фадеев А.В. Экспериментальное исследование температурных следов капель воды, водных массивов и аэрозольных потоков, движущихся через высокотемпературные продукты сгорания // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2016. Т. 25. № 8. С. 17–26. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.08.17-26

8. Volkov R.S., Kuznetsov G.V., Legros J.C., Strizhak P.A. Experimental investigation of consecutive water droplets falling down through high-temperature gas zone // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 95. Pp. 184–197. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.12.001

9. Zhang Qinglin, Wang Lu, Bi Yixing, Xu Dajun, Zhi Huiqiang, Qiu Peifang. Experimental investigation of foam spread and extinguishment of the large-scale methanol pool fire // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 287. Pp. 87–92. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.01.017

10. Блинов В.И., Худяков Г.Н. Диффузионное горение жидкостей. М. : АН СССР, 1961. 208 с.

11. Шароварников А.Ф., Корольченко Д.А. Тушение горючих жидкостей распыленной водой // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2013. Т. 22. № 11. С. 70–74. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20655296

12. Корольченко Д.А., Шароварников А.Ф., Дегаев Е.Н. Горение гептана в модельном резервуаре // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2015. Т. 24. № 2. С. 67–70. URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/363

13. Снегирев А.Ю., Сажин С.С., Талалов В.А. Модель и алгоритм расчета теплообмена и испарения капель диспергированной жидкости // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2011. № 1. С. 44–55. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/model-i-algoritm-raschetateploobmena-i-ispareniya-kapel-dispergirovannoy-zhidkosti

14. Корольченко Д.А., Громовой В.Ю., Ворогушин O.O. Применение тонкораспыленной воды для тушения пожаров в высотных зданиях // Вестник МГСУ. 2011. № 1–2. С. 331–335.

15. Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. М. : Академия ГПС МЧС России, 2005. 336 с.

16. NFPA 92B. 1990 NFPA Technical Committee Reports –– Technical Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas. Quincy, MA : National Fire Protection Association, 1990.

17. Емельянов А.Л., Платунов Е.С. Кинетика испарения капель в системах охлаждения теплонагруженных элементов приборов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 1. С. 84–88. URL: http://pribor.ifmo.ru/ru/article/5552/kinetika_ispareniya_kapelv_sistemah_ohlazhdeniyateplonagruzhennyh_elementov_priborov.htm

18. Yoshida A., Kashiwa K., Hashizume S., Naito H. Inhibition of counterflow methane/air diffusion flame by water mist with varying mist diameter // Fire Safety Journal. 2015. Vol. 71. Pp. 217–225. DOI: 10.1016/j.firesaf.2014.11.030

19. Laufer J. The structure of turbulence in fully developed pipe flow // NACA Report 1174. 1954. Pp. 417–434. URL: http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1954/naca-report-1174.pdf

20. Guildenbecher D.R., Sojka P.E. Experimental investigation of aerodynamic fragmentation of liquid drops modified by electrostatic surface charge // Atomization and Sprays. 2011. Vol. 21. No. 2. Pp. 139–147. DOI: 10.1615/AtomizSpr.2011003299

21. Kennedy M.J., Conroy M.W., Dougherty J.A., Otto N., Williams B.A., Ananth R., Fleming J.W. Bubble coarsening dynamics in fluorinated and non-fluorinated firefighting foams // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2015. Vol. 470. Pp. 268–279. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2015.01.062

22. Корольченко Д.А., Шароварников А.Ф. Универсальность механизмов тушения пламени различными огнетушащими веществами // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 11. С. 84–88. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/universalnost-mehanizmov-tusheniya-plameni-razlichnymi-ognetushaschimi-veschestvami

23. Корольченко Д.А., Шароварников А.Ф. Анализ двойственного механизма тушения пламени // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23, № 12. С. 59–68. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-dvoystvennogo-mehanizma-tusheniya-plameni