Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес

Выполнен анализ нагрева и испарения капель распыленной воды излучением очага пожара. Исследовано влияние этих процессов на экранирующие свойства водяных завес. Для типичных режимов теплового экранирования выполнены расчеты и получены графические зависимости параметров, характеризующих испарение капе...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Виноградов, А.Г., Яхно, О.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2016
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Тепло- и массообменные аппараты
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142277
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес / А.Г. Виноградов, О.М. Яхно // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 35-41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142277
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1422772018-10-03T01:23:01Z Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес Виноградов, А.Г. Яхно, О.М. Тепло- и массообменные аппараты Выполнен анализ нагрева и испарения капель распыленной воды излучением очага пожара. Исследовано влияние этих процессов на экранирующие свойства водяных завес. Для типичных режимов теплового экранирования выполнены расчеты и получены графические зависимости параметров, характеризующих испарение капель. Виконано аналіз нагрівання й випаровування крапель розпиленої води випромінюванням осередку пожежі. Досліджено вплив цих процесів на екрануючі властивості водяних завіс. Для типових режимів теплового екранування виконано розрахунки й отримано графічні залежності параметрів, що характеризують випаровування крапель. The analysis of heating and evaporation of droplets of the sprayed water by the radiation of the seat of fire is made. Influence of these processes on the shielding properties of water curtains is investigated. The calculations for the typical modes of thermal shielding are executed and graphic dependences of the parameters characterizing evaporation of droplets are received. 2016 Article Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес / А.Г. Виноградов, О.М. Яхно // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 35-41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.3.2016.05 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142277 536.3:536.423:614.844.2 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Тепло- и массообменные аппараты Тепло- и массообменные аппараты
spellingShingle	Тепло- и массообменные аппараты Тепло- и массообменные аппараты Виноградов, А.Г. Яхно, О.М. Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес Промышленная теплотехника
description	Выполнен анализ нагрева и испарения капель распыленной воды излучением очага пожара. Исследовано влияние этих процессов на экранирующие свойства водяных завес. Для типичных режимов теплового экранирования выполнены расчеты и получены графические зависимости параметров, характеризующих испарение капель.
format	Article
author	Виноградов, А.Г. Яхно, О.М.
author_facet	Виноградов, А.Г. Яхно, О.М.
author_sort	Виноградов, А.Г.
title	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
title_short	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
title_full	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
title_fullStr	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
title_full_unstemmed	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
title_sort	влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Тепло- и массообменные аппараты
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142277
citation_txt	Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес / А.Г. Виноградов, О.М. Яхно // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 35-41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT vinogradovag vliânieprocessovradiacionnogonagrevaiispareniâkapelʹnaékraniruûŝiesvojstvaprotivopožarnyhvodânyhzaves AT âhnoom vliânieprocessovradiacionnogonagrevaiispareniâkapelʹnaékraniruûŝiesvojstvaprotivopožarnyhvodânyhzaves
first_indexed	2025-07-10T14:36:10Z
last_indexed	2025-07-10T14:36:10Z
_version_	1837271013185814528
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 35 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ УДК 536.3:536.423:614.844.2 ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ РАДИАЦИОННОГО НАГРЕВА И ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ НА ЭКРАНИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ВОДЯНЫХ ЗАВЕС Виноградов А.Г.1, канд. физ.-мат. наук, Яхно О.М.2, доктор техн. наук 1 Черкасский институт пожарной безопасности им. Героев Чернобыля, ул. Оноприенко, 8, Черкассы, 18034, Украина 2 Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", проспект Победы, 37, Киев, 03056, Украина Виконано аналіз нагрівання й випаровування крапель розпиленої води випромінюванням осеред- ку пожежі. Досліджено вплив цих процесів на екрануючі властивості водяних завіс. Для типових режимів теплового екранування виконано розрахунки й отримано графічні залежності параметрів, що характе- ризують випаровування крапель. The analysis of heating and evaporation of droplets of the sprayed water by the radiation of the seat of fire is made. Influence of these processes on the shielding properties of water curtains is investigated. The calculations for the typical modes of thermal shielding are executed and graphic dependences of the parameters characterizing evaporation of droplets are received. Выполнен анализ нагрева и испарения капель распыленной воды излучением очага пожара. Исследо- вано влияние этих процессов на экра- нирующие свойства водяных завес. Для типичных режимов теплового экранирования выполнены расчеты и получены графические зависимости параметров, характеризующих испа- рение капель. Библ. 9, рис. 5. Ключевые слова: противопожарная водяная завеса; экранирование теплового излучения; испарение капель. b0 – радиус выходного отверстия оросителя; cw – удельная теплоемкость воды; D – диаметр капли; Deq – эквивалентный диаметр капель завесы; h – высота водяной завесы; H – коэффициент пропускания водяной завесы; I1 – интенсивность падающего излучения; I2 – интенсивность проходящего излучения; L – удельная теплота парообразования воды; leq – толщина эквивалентного слоя воды; Qnoz – расход воды оросителя; R – радиус капли; Tf – эффективная температура очага пожара; tfl – время пролета капель вдоль завесы; u0 – начальная скорость капель; W1 – падающий на завесу тепловой поток; W2 – проходящий через завесу тепловой поток; Wabs – тепловой поток, поглощенный завесой; Wd,abs – тепловой поток, поглощенный каплей; x – вертикальная координата; ΔTd – приращение температуры капли; Δz – расстояние между оросителями; η – коэффициент пропускания капли; λ – длина волны излучения; ρa – плотность воздуха; ρw – плотность воды; τb – время нагрева капли до точки кипения; τev – время испарения капли; φ0 – угол раствора распыленной струи; СРВ – струя распыленной воды. Введение Одним из средств защиты от мощного теплово- го излучения в зоне пожара являются водяные за- весы, т.е. определенным образом расположенные в пространстве струи распыленной воды (СРВ) [1–4]. Для создания водяных завес используют- ся дренчерные оросители, позволяющие создать плоские веерные СРВ, форма которых наиболее соответствует задаче теплового экранирования. Расчет экранирующих свойств водяной завесы ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №336 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ может быть выполнен с помощью математической модели, позволяющей на основе технических па- раметров дренчерной системы и параметров оча- га пожара определить коэффициент пропускания теплового излучения пожара [5 – 8]. В модели уч- тены основные физические процессы, влияющие на параметры теплового экранирования (гидроаэ- родинамика распыленной струи, взаимодействие теплового излучения с каплями СРВ), однако не- которые важные аспекты данной модели требу- ют дополнительного исследования. В частности, необходимо исследовать вопрос о нагреве капель СРВ тепловым излучением пожара и их испаре- нии. Испарение капель сопровождается умень- шением их диаметра и влияет на экранирующие свойства водяной завесы. Необходимо установить, какие параметры влияют на скорость радиацион- ного нагрева и испарения капель, найти соответ- ствующие функциональные зависимости и выпол- нить численные расчеты для типичных режимов экранирования теплового излучения пожаров. На данном этапе речь идет лишь об оценочных рас- четах, на основании которых можно будет сделать вывод о том, насколько существенными являются указанные процессы и нужно ли их учитывать при построении математической модели экранирова- ния теплового излучения пожаров с помощью во- дяных завес. Схема процесса теплового экранирования На рис. 1 представлена схема процесса экрани- рования теплового излучения. Первичное излуче- ние интенсивностью I1 от очага пожара падает на дренчерную завесу высотой h и толщиной l. Часть лучистого теплового потока Wabs поглощается каплями (вследствие чего их температура повы- шается) и дальше проходит ослабленное излуче- ние интенсивностью I2. 1 2 I IH = Математическая модель Коэффициентом пропускания водяной заве- сы называется величина: . Согласно математической модели, представ- ленной в работах [7, 8], расчет коэффициента пропускания может быть выполнен с помощью соотношения:            eq eq D l H 14,1exp . , (1) где все три величины в правой части формулы (η, leq, Deq) зависят от размера капель. Таким об- разом, уменьшение размера капель в процессе их испарения должно повлиять на величину H. Вначале рассмотрим процесс радиацион- ного нагрева и испарения капель, исходя из ин- тегральных характеристик: общей мощности падающего на завесу и проходящего излучения пожара; общего расхода воды; общего количества теплоты, необходимого для нагрева и испарения этой воды. Поскольку расчет носит оценочный характер, будем считать, что водяная завеса, созданная N оросителями, имеет форму прямоугольника вы- сотой h, шириной Zc = N·Δz и площадью S = Zc· h = N · Δz · h. Падающий на водяную завесу и проходящий через нее тепловые потоки: W1 = I1·S, W2 = I2·S = H · I1 · S. Тепловая мощность, поглощаемая водяной завесой и расходуемая на нагрев и испарение ка- пель: Wabs = W1 – W2 = I1 · S · (1 – H). Общий расход воды всех оросителей (объем в единицу времени): 0 2 0 ubNQNQ nozs  . Если температура всей воды за время пролета капель повышается в среднем на ΔT и испаряется часть этой воды ΔQs = k·Qs, где k – объемная доля испарившейся воды, то можно написать уравне- ние теплового баланса (пренебрегая тепловым излучением капель): swswwabs QLTQcW  ,  LkTcubHhzI ww  0 2 01 )1( .   )1( )( 0 2 0 1 Hhz LkTcubkI ww    . или 0 30 60 90 120 150 0 4 8 12 16 20 с I1 = 20 кВт/м2 а I1 = 20 кВт/м2 б 50 кВт/м2 50 кВт/м2 150 кВт/м2 150 кВт/м2 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм ev0,9, ev0, с Рис. 4. Время испарения капли, нагретой до точки кипения: а) частичное испарение (до 0,9D); б) полное испарение 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 b, с а tfl, с б I1 = 20 кВт/м2 u0 = 10 м/с 50 кВт/м2 20 м/с 150 кВт/м2 30 м/с 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм h, м Рис. 3. Результаты расчета: а) времени нагрева капли до точки кипения; б) времени пролета капли вдоль высоты водяной завесы Рис. 1. Схема процесса теплового экранирования дренчерной завесой h ороситель распыленная вода I1 Wabs I2 l k 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 105 4 105 6 105 8 105I1, Вт/м2 Рис. 2. Зависимость I1(k) Рис. 1. Схема процесса теплового экранирования дренчерной завесой. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 37 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ swswwabs QLTQcW  ,  LkTcubHhzI ww  0 2 01 )1( .   )1( )( 0 2 0 1 Hhz LkTcubkI ww    . Отсюда можно определить плотность мощ- ности падающего теплового излучения, которой достаточно для испарения объемной доли k всей воды, содержащейся в каплях водяной завесы, за время их пролета: swswwabs QLTQcW  ,  LkTcubHhzI ww  0 2 01 )1( .   )1( )( 0 2 0 1 Hhz LkTcubkI ww    . (2) 0 30 60 90 120 150 0 4 8 12 16 20 с I1 = 20 кВт/м2 а I1 = 20 кВт/м2 б 50 кВт/м2 50 кВт/м2 150 кВт/м2 150 кВт/м2 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм ev0,9, ev0, с Рис. 4. Время испарения капли, нагретой до точки кипения: а) частичное испарение (до 0,9D); б) полное испарение 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 b, с а tfl, с б I1 = 20 кВт/м2 u0 = 10 м/с 50 кВт/м2 20 м/с 150 кВт/м2 30 м/с 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм h, м Рис. 3. Результаты расчета: а) времени нагрева капли до точки кипения; б) времени пролета капли вдоль высоты водяной завесы Рис. 1. Схема процесса теплового экранирования дренчерной завесой h ороситель распыленная вода I1 Wabs I2 l k 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 105 4 105 6 105 8 105I1, Вт/м2 Рис. 2. Зависимость I1(k) Рис. 2. Зависимость I1(k). На рис. 2 представлен расчетный график зависимости I1(k) для типичных параметров b0 = 3 мм, u0 = 20 м/с, ΔT = 80 K, Δz = 0,5 м, h = 5 м, H = 0,2. Данный расчет свидетельствует о том, что при заданных параметрах процесса даже ка- тастрофический пожар с интенсивностью тепло- вого излучения около 200 кВт/м2 способен ис- парить воду из капель водяной завесы лишь на 17 %. Для типичных же значений интенсивности излучения пожаров 20...40 кВт/м2 существенно- го испарения общего количества воды не про- изойдет. Однако этот результат получен для инте- гральных характеристик водяной завесы и не учитывает ряд особенностей, которые влияют на процесс испарения отдельных капель. Распы- ленная струя состоит из капель разных размеров, в соответствии с некоторой функцией распреде- ления. Пребывая в равных условиях, за одно и то же время мелкие капли нагреваются до точки ки- пения и частично или полностью испаряются, а крупные капли не успевают нагреться до кипения и почти не испаряются. Выполним оценочный расчет минимального времени нагрева капли диаметром D до темпе- ратуры кипения. Поглощенная каплей энергия теплового излучения расходуется на ее нагрев, испарение и испускание теплового излучения. Как показывают оценки, последним фактором при температурах капли менее 100 оС можно пренебречь. Время нагрева капли t будет мини- мальным при отсутствии ее испарения. При этих условиях вся поглощенная каплей энергия будет израсходована на ее нагрев с изменением ее тем- пературы на ΔTd: dwwabsd TDctW    6 3 , , 1 2 , )1( 4 934,0 IDW absd    . CDA B  ,   02,1135 6,2071025,1   fTA , ,10651,010510386,1 100519,1106362,1329,2 51641339 263 fff ff TTT TTB     fTC   002495,05 101059,9 . (3) где поглощенный каплей тепловой поток [5]:dwwabsd TDctW    6 3 , , 1 2 , )1( 4 934,0 IDW absd    . CDA B  ,   02,1135 6,2071025,1   fTA , ,10651,010510386,1 100519,1106362,1329,2 51641339 263 fff ff TTT TTB     fTC   002495,05 101059,9 . (4) Коэффициент пропускания капли η зави- сит от диаметра капли D и от эффективной тем- пературы очага пожара Tf. В приближении излу- чения абсолютно черного тела [7, 8]: dwwabsd TDctW    6 3 , , 1 2 , )1( 4 934,0 IDW absd    . CDA B  ,   02,1135 6,2071025,1   fTA , ,10651,010510386,1 100519,1106362,1329,2 51641339 263 fff ff TTT TTB     fTC   002495,05 101059,9 . (5) (6) (7) (8) Минимальное время нагрева капли до точки кипения τb найдем из (3) и (4), полагая начальную температуру воды около 20 оC и ΔTd = ΔTb ≈ 80 К: 1)1(4,1 I TDc bww b    .                     h w a w a h m fl b xz ub dxxz xu dxt 0 2 00 0 0 2 0 0 12 sin42,0 15,12 )( . (9) Из работы [7] найдем минимальное время пролета капель на расстояние h:1)1(4,1 I TDc bww b    .                     h w a w a h m fl b xz ub dxxz xu dxt 0 2 00 0 0 2 0 0 12 sin42,0 15,12 )( . (10 ) На рис. 3 представлен расчет зависимостей τb(D) и tfl(h) для типичных параметров b0 = 3 мм, φ0 = 2,5 рад, Δz = 0,5 м, Tf = 1200 К и для указан- ных на рисунках значений I1 и u0. 1)1(4,1 I TDc bww b    .                     h w a w a h m fl b xz ub dxxz xu dxt 0 2 00 0 0 2 0 0 12 sin42,0 15,12 )( . ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №338 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 0 30 60 90 120 150 0 4 8 12 16 20 с I1 = 20 кВт/м2 а I1 = 20 кВт/м2 б 50 кВт/м2 50 кВт/м2 150 кВт/м2 150 кВт/м2 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм ev0,9, ev0, с Рис. 4. Время испарения капли, нагретой до точки кипения: а) частичное испарение (до 0,9D); б) полное испарение 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 b, с а tfl, с б I1 = 20 кВт/м2 u0 = 10 м/с 50 кВт/м2 20 м/с 150 кВт/м2 30 м/с 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм h, м Рис. 3. Результаты расчета: а) времени нагрева капли до точки кипения; б) времени пролета капли вдоль высоты водяной завесы Рис. 1. Схема процесса теплового экранирования дренчерной завесой h ороситель распыленная вода I1 Wabs I2 l k 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 105 4 105 6 105 8 105I1, Вт/м2 Рис. 2. Зависимость I1(k) Рис. 3. Результаты расчета: а) времени нагрева капли до точки кипения; б) времени пролета капли вдоль высоты водяной завесы. Сравнивая расчетные значения τb и tfl, можно увидеть, что это величины одного порядка и, сле- довательно, возможна ситуация, когда капля до- стигнет точки кипения еще в полете. После заки- пания процесс испарения капли резко ускоряется и практически вся поглощенная каплей энергия излучения уходит на ее испарение. Этому про- цессу соответствует уравнение энергетического баланса:   dDDLdtDID w    2 1 2 )(1 4 934,0 , 1 )(1 4 934,0 I L D dt dD w     .      D D w ev f D dD I L )(1 28,4 1 . (11) или   dDDLdtDID w    2 1 2 )(1 4 934,0 , 1 )(1 4 934,0 I L D dt dD w     .      D D w ev f D dD I L )(1 28,4 1 . (12) Интегрируя (11) от начального диаметра D до конечного Df, получим время испарения капли:   dDDLdtDID w    2 1 2 )(1 4 934,0 , 1 )(1 4 934,0 I L D dt dD w     .      D D w ev f D dD I L )(1 28,4 1 . (13) На рис. 4 представлен расчет зависимости τev0,9(D) для Df = 0,9·D (частичное испарение кап- ли, рис. 4, а) и τev0(D) для Df = 0 (полное испаре- ние капли, рис. 4, б). 0 30 60 90 120 150 0 4 8 12 16 20 с I1 = 20 кВт/м2 а I1 = 20 кВт/м2 б 50 кВт/м2 50 кВт/м2 150 кВт/м2 150 кВт/м2 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм ev0,9, ev0, с Рис. 4. Время испарения капли, нагретой до точки кипения: а) частичное испарение (до 0,9D); б) полное испарение 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 b, с а tfl, с б I1 = 20 кВт/м2 u0 = 10 м/с 50 кВт/м2 20 м/с 150 кВт/м2 30 м/с 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм h, м Рис. 3. Результаты расчета: а) времени нагрева капли до точки кипения; б) времени пролета капли вдоль высоты водяной завесы Рис. 1. Схема процесса теплового экранирования дренчерной завесой h ороситель распыленная вода I1 Wabs I2 l k 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 2 105 4 105 6 105 8 105I1, Вт/м2 Рис. 2. Зависимость I1(k) Рис. 4. Время испарения капли, нагретой до точки кипения: а) частичное испарение (до 0,9·D); б) полное испарение. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 39 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ В случае Df = 0,9·D (рис. 4, а) геометриче- ская площадь сечения капли уменьшается на ~ 20 %. Такое уменьшение существенно влияет на коэффициент экранирования водяной завесы и должно быть учтено при расчетах, если оно происходит не в самом конце траектории капли, а значительно раньше. Таким образом, условие не- обходимости учета испарения капель имеет сле- дующий вид: b + ev0,9 << tfl. b + ev0,9 < 0,5tfl.                            h w a w a D D wbww b xz ub dxxz D dD I L I TDc 0 2 00 0 0 2 0 9,011 12 sin42,0 15,12 5,0 )(1 28,4 )1(4,1 . 3 Для определенности примем:b + ev0,9 << tfl. b + ev0,9 < 0,5tfl.                            h w a w a D D wbww b xz ub dxxz D dD I L I TDc 0 2 00 0 0 2 0 9,011 12 sin42,0 15,12 5,0 )(1 28,4 )1(4,1 . 3 С учетом соотношений (9), (10) и (13) полу- чим неравенство: b + ev0,9 << tfl. b + ev0,9 < 0,5tfl.                            h w a w a D D wbww b xz ub dxxz D dD I L I TDc 0 2 00 0 0 2 0 9,011 12 sin42,0 15,12 5,0 )(1 28,4 )1(4,1 . 3 b + ev0,9 << tfl. b + ev0,9 < 0,5tfl.                            h w a w a D D wbww b xz ub dxxz D dD I L I TDc 0 2 00 0 0 2 0 9,011 12 sin42,0 15,12 5,0 )(1 28,4 )1(4,1 . 3 . Отсюда условие для минимальной интенсив- ности излучения, выше которой испарение ка- пель необходимо учитывать:                    h w a D D bw a w b xz dxx D dDL D TDc z ubI 0 2 00 0 9,00 2 0 2 min1 12 sin42,0 1 )(1)(16107 . (14) На рис. 5 представлен результат расчета зави- симости I1min(D) с помощью данной формулы для типичных параметров: b0 = 3 мм, φ0 = 2,5 рад, Δz = 0,5 м, Tf = 1200 К, ΔTb = 80 оC, h = 10 м. Варианты задания величин u0 указаны на рисунке. Поскольку в реальных дренчерных оросите- лях начальная скорость капель, как правило, пре- вышает 20 м/с, то на основе представленных на рис. 5 результатов расчета можно сделать вывод о том, что испарение капель практически не влияет на экранирующие свойства водяных завес даже при максимально возможных интенсивностях из- лучения пожаров ~ 100…150 кВт/м2. Для верификации полученных результатов используем данные, представленные в работе [9]. В ней выполнено экспериментальное ис- следование воздействия лазерного излучения с дли-ной волны 10,6 мкм на испарение капель воды радиусом ~ 1 мм. Диаметр пучка составлял 3,7 мм, излучение мощностью 3 Вт фокусиро- валось с помощью линзы на каплю, подвешен- ную на тонкой нити из стекловолокна диаметром 60 мкм. Результаты экспериментов указывают на то, что капля начинает испаряться через ~ 0,5 с после начала воздействия, и далее радиус капли R из- меняется со временем по закону, близкому к ли- нейному. В пределах ошибок измерений скорость испарения капель для интенсивности излучения 40 ÷ 120 Вт/см2 можно аппроксимировать линей- ной зависимостью (в единицах СИ) [9]: 1 119 107,8102 I dt dR   . 1 111012,5 I dt dR   . (15) На основе соотношения (12), подставляя кон- станты, учитывая, что η → 0 при R ~ 1 мм и λ =10,6 мкм, и переходя от диаметра к радиусу кап- ли, получим для скорости испарения: 1 119 107,8102 I dt dR   . 1 111012,5 I dt dR   . (16) При сравнении соотношений (15) и (16) в диапазоне интенсивностей (4 ÷ 12)·105 Вт/м2 константой 2 ÷ 10–9 в (15) можно пренебречь. Разницу между коэффициентами при I1 в (15) и (16) можно объяснить тем, что, согласно данным 0 1 105 2 105 3 105 4 105 5 105 30 м/с 20 м/с u0 = 10 м/с 0,1 0,2 0,3 0,4 D, мм I1min, Вт/м2 Рис. 5. Минимальная интенсивность излучения, при которой необходим учет испарения капель. Рис. 5. Минимальная интенсивность излучения, при которой необходим учет испарения капель. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №340 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ работы [9], при воздействии мощного лазерно- го излучения происходит не только испарение капли, но и выброс из нее большого количества (от нескольких сотен до 3 тысяч) мелких частиц (капель) диаметром от 10 до 100 мкм. Очевидно, этот процесс приводит к возрастанию величины \|dR/dt\|. В целом, согласие экспериментального (15) и теоретического (16) соотношений, с учетом вышеизложенного, можно считать удовлетво- рительным. Кроме того, простые оценки сви- детельствуют о том, что количественное отличие между этими соотношениями не является прин- ципиальным, и сделанный ранее вывод остается в силе и в том случае, если скорректировать (16) с учетом (15). Вывод Для типичных режимов работы противопо- жарных водяных завес испарение капель вслед- ствие их нагрева тепловым излучением пожара не оказывает существенного влияния на экрани- рующие свойства водяных завес; при выполне- нии технических расчетов этот процесс можно не учитывать. ЛИТЕРАТУРА 1. Жаров А. Дренчерные завесы: теория и практика / А. Жаров, А. Зархин, М. Митрофанова // БДИ. – 2006 . – № 5 (68). – С. 24–28. 2. Собещанський Д.І. Водяні завіси в системах забезпечення протипожежного захисту об’єктів різного призначення / Д.І. Собещанський, Г.О. Анохін, Л.А. Склизкова // Науковий вісник УкрНДІПБ. – 2010 . – № 2 (22). – С. 148–153. 3. Coppalle A. Fire protection: water curtains / A. Coppalle, D. Nedelka, B. Bauer // Fire Safety Journal. – 1993. – V. 20. – P. 241–255. 4. Buchlin J.-M. Thermal shielding by water spray curtain / J.-M. Buchlin // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. – 2005. – V. 18, No. 4-6. – P. 423–432. 5. Виноградов А.Г. Поглощение лучисто- го теплового потока в распыленной водяной струе / А.Г. Виноградов // Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут», сер. Машинобудування. – 2012. – № 65. – С. 145–152. 6. Виноградов А.Г. Методика розрахунків параметрів водяних завіс на основі теорії зато- плених струменів / А.Г. Виноградов // Науковий вісник УкрНДІПБ. – 2013. – № 2 (28). – С. 127– 139. 7. Виноградов А.Г. Методика расчета экрани- рующих свойств водяных завес / А.Г. Виноградов // Пожаровзрывобезопасность. – 2014. – Т. 23, № 1. – С. 45–56. 8. Виноградов А.Г. Взаимосвязь параметров противопожарных водяных завес с эффективно- стью экранирования теплового излучения / А.Г. Виноградов, О.М. Яхно, В.А. Дунюшкин // На- уковий вісник УкрНДІПБ. – 2015. – № 1 (31). – С. 88–96. 9. Рудаш В.К. Испарение больших капель воды под воздействием инфракрасного излуче- ния / В.К. Рудаш, В.П. Бисярин, Н.М. Ильин и др. // Квантовая электроника. – 1973. – № 5. – С. 21–26. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 41 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ INFLUENCE OF PROCESSES OF RADIATION HEAT AND EVAPORATION OF DROPLETS ON THE SHIELDING PROPERTIES OF FIRE WATER CURTAINS Vinogradov A.G.1, Yakhno O.M.2 1Cherkasy Fire Safety Institute named after Chornobyl Heroes, vul. Onoprienko, 8, Cherkasy, 18034, Ukraine 2National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", prospect Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine Water curtains are one of effective means of protection against a fire thermal radiation. The analysis of the water curtain shielding properties is carried out by means of mathematical model operation. A central objective of the study is the analysis of processes of droplets radiant heating and evaporation, and also their influence on the water curtain shielding properties. Main results of the study are the numerical calculations and the graphic dependences of the parameters characterizing droplets evaporation for the typical regimes of thermal shielding. The conclusion follows from the received results that evaporation of droplets owing to their heating by a fire thermal radiation has no essential impact on the shielding properties of water curtains. This process can be not considered when performing technical calculations. References 9, figures 5. Key words: fire water curtain; thermal radiation shielding; evaporation of droplets. 1. Zharov A., Zarhin A., Mitrofanova M. Drencher curtains: theory and practice // BDI. – 2006. – № 5 (68) . – P. 24–28. (Rus.) 2. Sobeshhans'kyj D.I., Anohin G.O., Sklyzkova L.A. Water curtains in the systems of ensuring fire protection of various designation objects // Naukovyj visnyk UkrNDIPB. – 2010. – № 2 (22) . – P. 148– 153. (Ukr.) 3. Coppalle A., Nedelka D., Bauer B. Fire protection: water curtains // Fire Safety Journal. – 1993. – V. 20. – P. 241–255. 4. Buchlin J.-M. Thermal shielding by water spray curtain // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. – 2005. – V. 18, No. 4-6. – P. 423–432. 5. Vinogradov A.G. Absorption of the radiant heat flux in the sprayed water jet // Vestnik Nacional'nogo tehnicheskogo universiteta Ukrainy «Kievskij politehnicheskij institut», ser. Mashinostroenie. – 2012. – № 65. – P. 145–152. (Rus.) 6. Vinogradov A.G. Calculation method of water curtain parameters on basis of the submerged jet theory // Naukovyj visnyk UkrNDIPB. – 2013. – № 2 (28). – P. 127–139. (Ukr.) 7. Vinogradov A.G. Calculation method of water curtain shielding properties // Pozharovzryvobezopasnost'. – 2014. – Т. 23, № 1. – P. 45–56. (Rus.) 8. Vinogradov A.G., Yakhno O.M., Dunjushkin V.A. Interrelation of fire water curtains parameters with their heat radiation shielding effectiveness // Naukovyj visnyk UkrNDIPB. – 2015. – № 1 (31). – P. 88-96. (Rus.) 9. Rudash V.K., Bisjarin V.P., Il'in N.M. et al. Evaporation of larger water droplets under the influence of an infrared radiation // Kvantovaja jelektronika. – 1973. – № 5. – P. 21–26. (Rus.) Получено 29.05.2016 Received 29.05.2016

Влияние процессов радиационного нагрева и испарения капель на экранирующие свойства противопожарных водяных завес

Репозитарії

Схожі ресурси