Россия
УДК 614.844 Огнетушительные установки. Комбинированные установки для извещения и огнетушения
Представлены результаты численного моделирования нестационарных газодинамических и тепловых процессов, протекающих при горении стехиометрической смеси паров гептана с воздухом в полузакрытой цилиндрической трубе, моделирующей газогенерирующую полость устройства пожаротушения импульсного действия. Актуальность исследования определяется необходимостью создания достоверной физико-математической основы для описания рабочего процесса газогенерации, являющейся предпосылкой проектирования устройств пожаротушения с повышенными характеристиками. Моделирование выполнено в программном комплексе ANSYS Fluent 2023 R1 с применением нестационарных уравнений Навье-Стокса для сжимаемого реагирующего многокомпонентного газа, модели турбулентности k-ε realizable и модели горения Species Transport с кинетикой окисления по закону Аррениуса. По результатам расчета получены пространственно-временные распределения температуры и давления на пяти характерных стадиях процесса. Показано, что температура газа в зоне реакции возрастает с 1 653 K при инициации до 4 884 K на стадии развитого горения у закрытого торца, а затем стабилизируется на уровне ~3 100 K к моменту полного выгорания смеси. Максимальное давление у закрытого торца достигает 4,2 атм при скорости нарастания ~5,1 атм/с. Установлено, что ускорение фронта пламени реализуется по механизму Шелкина вследствие взаимодействия расширяющихся продуктов сгорания с непрогоревшей смесью. Скорость истечения горячих газов из открытого торца в начальной фазе выброса достигает звуковых значений. Полученные данные верифицированы на основе аналитических оценок адиабатической температуры горения и нормальной скорости ламинарного фронта и формируют базовые граничные условия для последующих расчетных этапов.
ANSYS Fluent, численное моделирование, горение паров гептана, фронт пламени, газодинамика, устройство пожаротушения импульсного действия, эффект Шелкина, температурное поле, динамика давления, вычислительная гидродинамика
1. Комплексная оценка эффективности переносных устройств пожаротушения тонкораспыленной водой / В.Г. Агеев [и др.] // Научный вестник НИИГД Респиратор. 2024. № 1 (61). С. 7–16. EDN CUJXNP.
2. Куприн Д.С., Поляков А.С. Об эффективности переносных огнетушителей при тушении твердых горючих материалов автомобилей // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России». 2020. № 4. С. 32–39. EDN ERKXKJ.
3. Совершенствование устройства для автоматического пожаротушения в помещениях стоянки и хранения автомобилей / Е.Ю. Захаров [и др.] // Научно-исследовательские публикации. 2024. № 4. С. 7–10. EDN GATNYB.
4. Кицак А.И. Эффективность тушения пожара струйными системами порошкового пожаротушения в условиях нестационарности процессов теплообмена и гетерогенного ингибирования частицами порошка активных центров пламени // Пожаровзрывобезопасность. 2020. Т. 29. № 5. С. 89–99. DOI:https://doi.org/10.22227/PVB.2020.29.05.89-99
5. A Novel Environmental-Friendly Gel Dry-Water Extinguishant Containing Additives with Efficient Combustion Suppression Efficiency / Zh. Han [et al.] // Fire Technology. 2020. Vol. 56.№ 6. P. 2365–2385. DOI:https://doi.org/10.1007/s10694-020-00957-3
6. Исаева Н.В., Новоселов С.В., Колобов В.А. Разработка и применение технологии производства системы порошкового пожаротушения с газогенерирующим устройством // Проблемы техносферной безопасности: сб. статей VI Междунар. науч.-практ.конф. Барнаул, 2024. С. 12–20. EDN PXAYWX.
7. Кочетов О.С. Автоматическое устройство пожаротушения в закрытых помещениях // Теории, школы и концепции устойчивого развития науки в современных условиях: сб. статей Междунар. науч.-практ. конф. Челябинск, 2022. С. 34–37. EDN XVVVWB.
8. Сытдыков М.Р., Кожевин Д.Ф., Иванов А.В. Оценка способов вытеснения огнетушащих веществ из средств пожаротушения, предназначенных для тушения углеводородов // Проблемы управления рисками в техносфере. 2022. № 2 (62). С. 154–163.
9. Numerical Study of the Effect of Primary Nozzle Geometry on Supersonic Gas-Solid Jet of Bypass Injected Dry Powder Fire Extinguishing Device / L. Zhang [et al.] // Fire. 2024. Vol. 7. № 2. P. 45. DOI:https://doi.org/10.3390/fire7020045
10. Ultra-fine powder extinguishing agent concentration measurement based on extinction method / W. Ma [et al.] // Optical Engineering. 2021. Vol. 60. № 09. DOI:https://doi.org/10.1117/1.oe.60.9.094110
11. Numerical simulation of ultra-fine powder extinguishing agent injection process / W. Ma [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2023. Vol. 237. № 24. P. 5897–5910. DOI:https://doi.org/10.1177/09544062231167759
12. Разработка конструкции устройства пожаротушения порошковыми составами / М.М. Журов [и др.] // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. 2023. № 1 (53). С. 62–69. EDN EUESPZ.
13. Ходакова Т.Д., Кочетов О.С., Стареева М.М. Порошковые самосрабатывающие огнетушители для автоматических устройств пожаротушения // Инновационные исследования: опыт, проблемы внедрения результатов и пути решения: сб. статей Всерос. науч.-практ. конф. Стерлитамак, 2022. С. 93–95. EDN EUHGVP.
14. Прохоренко К.В., Серебренников С.Ю., Боровков И.А. Противопожарная защита взрывопожароопасных объектов по перекачке жидкости и газа // Нефть. Газ. Новации. 2021. № 5 (246). С. 76–80. EDN ESDBUQ.
15. Шилов А.Г. Методика тушения пожаров мобильной установкой пожаротушения с вытеснением огнетушащего вещества газопоршневым способом: дис. ... канд. техн. наук. СПб, 2024. 202 с.
16. Yan L., Wang N., Xu Zh. Experimental Study on the Effectiveness and Safety of Cement Powder on Extinguishing Metal Magnesium Fire Based on Pneumatic Conveying Technology // Social Science Research Network. 2022. DOI:https://doi.org/10.2139/ssrn.4117065
17. Experimental investigation of the performance of modified expanded graphite powder doped with zinc borate in extinguishing sodium fires / X. Yu [et al.] // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2023. Vol. 84. P. 105110. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jlp.2023.105110
18. Experimental study of flame extinguishing of red pine wood pyrolysis gas by NH4H2PO4 powder based on Cup-burner / H. Li [et al.] // Case Studies in Thermal Engineering. 2023. Vol. 41. P. 102675. DOI:https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102675
19. Simulation research on interaction rules between superfine powder extinguishing agent and fire plume / D.Y. Xu [et al.] // 2013 International Conference on Performance-based Fire and Fire Protection Engineering. Wuhan, 2014. P. 87–94. DOI:https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.04.012
20. Molkov V. Fundamentals of Hydrogen Safety Engineering. bookboon.com, 2012. 278 p.
