Результати прогріву сталезалізобетонних плит з гофрованим профілем під час теплового впливу пожежі

 

Степаненко Віталій Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0001-0839-197X

 

Нуянзін Олександр Михайлович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-2527-6073

 

Перегін Аліна Вадимівна

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-2062-5537

 

Кришталь Дмитро Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-3254-4574

 

Копитін Дмитро Едуардович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-2505-9394

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-9

Ключові слова: експеримент, пожежа, фрагмент, піч, залізобетон, сталь, сталезалізобетон, плита, температура, відтворюваність

 

Анотація

 Проведено три експерименти з нагрівання фрагментів сталезалізобетонних плит з гофрованим профілем у малогабаритній вогневій печі та проаналізовано результати теплового впливу пожежі у контрольних точках для можливості їхнього використання під час оцінки вогнестійкості вказаних будівельних конструкцій. Обґрунтовано методику та результати експериментів з нагрівання фрагментів сталезалізобетонних плит з гофрованим профілем та дослідження температури на обігрівній та необігрівній поверхнях, у при арматурному шарі та контрольних точках. Описано етапи створення трьох малогабаритних фрагментів плити, товщиною 200 мм, із важкого бетону, із армуванням та умови їхнього зберігання. Проведення вищезазначених експериментів у малогабаритній вогневій печі, розробленій та створеній в рамках наукових досліджень університету. Механічне навантаження не застосовували; вплив проводили за стандартним температурним режимом пожежі з одностороннім нагріванням. За результатами експерименту на обігрівній поверхні зразка температура розподілялась рівномірно, досягаючи максимуму в 760 °C. Максимальні значення температури в контрольних точках становили 145 °C. Інші показники: на рівні арматури – 350 °C, необігрівній поверхні – 45 °C, Ці значення були зафіксовані на завершальній хвилині експерименту й продовжували лінійно зростати після виходу на плато. У ході огляду та аналізу було зафіксовано, що цілісність, теплоізоляційні та несучі властивості зразків залишились незмінними. Експериментальні дані визнано адекватними, оскільки відносне відхилення не перевищило 4,1 %, а критерії адекватності (Фішера, Стьюдента й Кохрена), що були розраховані, не перевищили критичних значень. Отримані дані можуть слугувати основою для моделювання температурного поля всередині плити.

 

Посилання

 

  1. Нуянзін О. М. Розвиток наукових основ оцінювання вогнестійкості залізобетонних будівельних конструкцій з використанням малогабаритних модульних вогневих печей. Дис. ... д.т.н. : 21.06.02, Львів: Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, 2023. 418 с. http://repositsc.nuczu.edu.ua/
    handle/123456789/20657
  2. Перегін А. В. Удосконалення експериментально-розрахункового методу оцінювання межі вогнестійкості несучих залізобетонних стін. Дис. ... д-р філософії : 261, Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля НУЦЗ України, 2024. 162 с. https://chipb.dsns.gov.ua/upload/1/9/9/7/2/4/9/disertaciia-alini-peregin-udoskonalennia-eksperimentalno-rozraxunkovogo-metodu-ociniuvannia-mezi-vognestiikosti-nesucix-zalizobetonnix-stin.pdf
  3. ДСТУ EN 1363-1:2023 Випробування на вогнестійкість. Частина 1. Загальні вимоги (EN 1363-1:2020, IDT).
  4. ДБН В.1.1-7-2016 «Пожежна безпека об’єктів будівництва. Загальні вимоги».
  5. ДСТУ Б В.1.1-20:2007 Захист від пожежі. Перекриття та покриття. Метод випробування на вогнестійкість (EN 1365-2:1999, NEQ).
  6. Nuianzin O. et al. Study of the thermal effect of fire on fragments of reinforced concrete columns based on the results of experimental tests. Strength of Materials and Theory of Structures. 2024. № 112. P. 202–208. http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/
    123456789/20748
  7. Перегін А. В., Нуянзін О. М. Етапи створення прототипу вогневої установки для визначення температурних розподілів малогабаритних фрагментів залізобетонних конструкцій. «Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідування» : зб. наук. праць. Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля НУЦЗ України. 2021. Т.5. № 2. С. 75–82. http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/21262
  8. Нуянзін О. М., Борисова А. С. Розрахункове оцінювання межі вогнестійкості залізобетонної плити за результатами вогневих випробувань без механічного навантаження. Цивільна безпека: державне управління та антикризовий менеджмент. Київ: ІДУНДЦЗ. 2023. № 1(2). С. 25–40. http://repositsc.nuczu.edu.ua/
    handle/123456789/20741
  9. Стороженко Л. І., Іванюк А. В., Клестов О. В. Експериментальні дослідження сталезалізобетонних плит з армуванням ребер вертикальними сталевими листами. Збірник наукових праць. Серія: Галузеве машинобудування, будівництво. Полтава : ПолтНТУ. 2012. Вип. 3(33). С. 249–255. https://reposit.nupp.edu.ua/handle/PoltNTU/8468
  10. Некора, В. С., Сідней, С. О., Некора, О. В., Шналь, Т. М. Поведінка сталезалізобетонної плити при пожежі. Проблеми надзвичайних ситуацій: Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції. Харків: НУЦЗ України. 2022. С. 34–35. https://nuczu.edu.ua/images/topmenu/science/konferentsii/2022/2.pdf#page=35

 

Оптимізація складу нейтральних газів для пожежогасіння у фондосховищах музеїв

 

Остапов Костянтин Михайлович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-1275-741X

 

Чаплигін Олексій Сергійович

Головне управління ДСНС України у Харківській області

http://orcid.org/0009-0005-9818-0277

 

Лісняк Андрій Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5526-1513

 

Грицина Ігор Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-2581-1614

 

Шевченко Сергій Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6740-9252

 

Криворучко Євген Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-7332-9593

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-8

 

Ключові слова: фондосховища музеїв, вогнегасна суміш нейтральних газів, архітектурно-конструктивні і об’ємно-планувальні рішення, протипожежний захист

 

Анотація

 Створено ефективну вогнегасну систему для гасіння пожеж у фондосховищах музеїв сумішшю нейтральних газів, котрі не спотворюють музейні художні цінності та спроможні конкурувати з кращими іноземними зразками систем об’ємного газового пожежогасіння. Оптимізовано пропорцію газової суміші у складі аргону, азоту та двоокису вуглецю для пожежогасіння музейних художніх цінностей. Враховуючи вимоги Монреальського протоколу про речовини, що виснажують озоновий шар проведено аналіз стану питання й особливостей рішення проблеми газового гасіння пожеж в художніх музеях та їх фондосховищах. Розроблено ефективний та відносно недорогий склад суміші нейтральних газів для використання при об’ємному гасінні можливих пожеж у фондосховищах і музеях, який забезпечує збереження незмінними матеріальні та художньо-естетичні цінності без їх спотворення. Визначені об’ємні долі двох зразків суміші нейтральних газів №14 (CO2=50 %, N2=40 %, Ar=10 %) та № 15 (СО2=40 %, N2=50 %, Ar=10 %), які близькі за своїм складом та мають найкращі показники вогнегасної ефективності за часом гасіння модельного вогнища 4,6 с та 4,8 с. Розроблено лабораторний стенд, як аналог установки об’ємного газового пожежогасіння зі змішувачем складових запропонованої робочої суміші нейтральних газів, на якому відпрацьовано показники ефективності гасіння модельних пожеж при гасінні зразків різноманітних фрагментів художніх підмальовок на частинах рядні та ватмані. Обґрунтовано технічні параметри робочої камери лабораторного стенду, а на ма-тематичній його моделі визнано раціональні співвідношення тисків заповнення змішувача стенду компонентами суміші нейтральних газів, що дає можливість удосконалити існуючі промислові установки різних типорозмірів. Обґрунтовано зниження коштовності запропонованого нейтрального газу.

 

Посилання

 

  1. Ostapov K., Kirichenko I., Senchykhyn Y. Improvement of the installation with an extended barrel of cranked type used for fire extinguishing by gel-forming compositions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 4(10(100)). Р.30–36. doi: 10.15587/1729-4061.2019.174592
  2. Ostapov K. et al. Improving the Quenching of the Undercarriage Space Due to the Adhesive Properties of Gel-Forming Compositions. Key Engineering Materials. 2022. Vol. 927. Р. 53–62. doi: 10.4028/p-1su80t
  3. Dubinin D. et al., Experimental Investigations of the Thermal Decomposition of Wood at the Time of the Fire in the Premises of Domestic Buildings. Materials Science Forum. 2022. 1066. P. 191–198. doi:4028/p-8258ob
  4. Kirkwood Clive. The Fire Disaster in the University of Cape Town’s Jagger Library. Cabo. 2021. Vol. 1. P. 40–55, doi: 10.10520/ejc-cabo_v2021_n1_a5
  5. ДБН В. 2. 5-56:2014 Системи протипожежного захисту.
  6. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2023 року. Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту. Київ, 2024. 39 с.
  7. Горобчук А. Пожежна безпека сакральних об’єктів в умовах воєнного стану. Проблеми та перспективи розвитку системи безпеки життєдіяльності:збірник наукових праць. Львів. 2024. С. 242–244. URL: https://sci.ldubgd.edu.ua/handle/123456789/13909
  8. ДСТУ EN 15004-1:2014 Стаціонарні системи пожежогасіння. Системи газового пожежогасіння. Частина Проектування, монтування та технічне обслуговування (EN 15004-1:2008, IDT).
  9. Dubinin D. et al. Investigation of the effect of carbon monoxide on people in case of fire in a building, Ispitivanje djelovanja ugljičnog monoksida na ljude u slučaju požara u zgradi, Sigurnost. 2020. Vol. 62(4). P. 347–357. doi: 10.31306/s.62.4.2
  10. Qichang Dong, Jiacheng Qi, Song Lu, Long Shi, Synergistic effects of typical clean gaseous fire-extinguishing agents. Fire Safety Journal. 2024. Vol. 147. 104206. doi: 10.1016/j.firesaf.2024.104206
  11. В Абхазії згоріло майже 4 тисячі полотен золотого фонду національних художників:історія багаторічного саботажу. URL: https://zaborona.com/v-abhaziyi-zgorilo-majzhe-4-tysyachi-poloten-zolotogo-fondu/
  12. Російські окупанти розграбували Херсонський художній музей URL: https://hromadske.ua/posts/rosijski-okupanti-rozgrabuvali-hersonskij-hudozhnij-muzej
  13. Пат. 119878 Україна, МПК A62C31/02 Насадок прихований висувний для установок газового пожежогасіння (варіанти) / Хазова Н..; заявник та патентовласник ООО «Пожтехніка» – a201701105; заяв. 03.2016; опубл. 25.09.2017, Бюл. № 18.
  14. Paul Papas, Changmin Cao, Wookyung Kim, Eli Baldwin, Adam Chattaway. Fire suppression using trifluoroiodomethane (CF3I)-carbon dioxide (CO2) mixtures. Proceedings of the Combustion Institute. 2023. Vol. 39. Issue 3. P. 3765–3773. doi: 10.1016/j.proci.2022.07.257
  15. Матвієнко В.М. , Ковтун О. Ю. Конференція сторін Віденської конвенції про охорону озонового шару. Українська дипломатична енциклопедія,  Т. 1. 760 с.
  16. Qi Yang, Jiaqi Zhang, Yu Gao, Xiaomeng Zhou, Haijun Zhang. Toward better Halon substitutes: Effects of H content on pyrolytic and fire-suppressing mechanisms of ozone-friendly fluorinated alkanes. Journal of Molecular Structure. 2023. Vol. 1285. 135506. doi: 10.1016/j.molstruc.2023.135506
  17. John L. Pagliaro, Gregory T. Linteris, Peter B. Sunderland, Patrick T. Baker. Combustion inhibition and enhancement of premixed methane–air flames by halon replacements. Combustion and Flame. 2015. Vol. 162. Issue 1. Pages 41–49. doi: 10.1016/j.combustflame.2014.07.006

 

Silicophosphate fireproof composition for building finishing materials

 

Lysak Nataliia

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0001-5338-4704

 

Skorodumova Olga

National University of Civil Protection of Ukraine

 

https://orcid.org/0000-0002-8962-0155

 

Chernukha Anton

 

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-0365-3205

 

Sharshanov Andrew

National University of Civil Protection of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-9115-3453

 

Goncharenko Yana

National University of Civil Protection e of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-1766-3244

 

Shcherbak Serhii

National University of Civil Protection of Ukraine

http://orcid.org/0000-0003-1133-0120

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-6

Keywords: silica, fire-resistant coatings, phosphate buffers, building materials, heat resistance, fire resistance, wood, expanded polystyrene

 

Аnnotation

 The composition of silicophosphate composition based on liquid glass for fire protection of building finishing materials has been developed. The compositions were prepared by mixing aqueous solutions of liquid glass and acetic acid with the addition of phosphate buffer solutions with a pH of 6–8. The phase composition of the experimental compositions was investigated by infrared spectroscopy and the formation of Si–O–P bonds was established, which indicates the incorporation of phosphate ions into the siloxane framework of polysilicic acid gels. It was established that the polycondensation mechanism is influenced by the pH value of the phosphate buffer solution, as well as its content. The use of a buffer solution with a pH of 6 leads to the initialization of mainly net polycondensation in liquid glass sols. Increasing the pH to 7–8 ensures linear polycondensation of polysilicic acid, which increases the homogeneity of the gel coating, provides elasticity, and increases its fire-retardant effect. Conducted fire tests showed that the best fire-resistant properties have systems with a buffer solution content of 20–25 % with a pH of 7, which provide maximum resistance to fire and minimal loss of mass of samples during exposure to high temperatures. For such compositions, the 1st group of flame retardant efficiency is established, and the treatment of wood samples with them allows the material to be transferred to the "high-flammability" group. Extruded polystyrene samples covered with the developed compositions do not burn, the absence of burning drops is noted. The obtained results emphasize the prospects for the further development of such systems for the protection of building materials.

 

References

 

  1. Zhang, C., Jiang, Y., Li, S., Huang, Z., Zhan, X., Ma, N., Tsai, F. (2022). Recent trends of phosphorus-containing flame retardants modified polypropylene composites processing. Heliyon, 8(11), e11225. doi: 10.1016/ j.heliyon.2022.e11225
  2. Varganici, C., Rosu, L., Bifulco, A., Rosu, D., Mustata, F., Gaan, S. (2022). Recent advances in flame retardant epoxy systems from reactive DOPO–based phosphorus additives. Polymer Degradation and Stability, 202, 110020. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2022.110020
  3. Zheng, T., Wang, W., Liu, Y. (2021). A novel phosphorus‐nitrogen flame retardant for improving the flame retardancy of polyamide 6: Preparation, properties, and flame retardancy mechanism. Polymers for Advanced Technologies, 32(6), 2508–2516. doi:10.1002/pat.5281
  4. Yan, Y., Liang, B. (2019). Flame-retardant behavior and mechanism of a DOPO-based phosphorus–nitrogen flame retardant in epoxy resin. High Performance Polymers, 31(8), 885–892. doi:10.1177/0954008318805794
  5. Giraudo, M., Dubé, M., Lépine, M., Gagnon, P., Douville, M., Houde, M. (2017). Multigenerational effects evaluation of the flame retardant tris(2-butoxyethyl) phosphate (TBOEP) using Daphnia magna. Aquatic Toxicology, 190, 142–149. doi: 10.1016/j.aquatox.2017.07.003
  6. Bolshova, T., Shvartsberg, V., Shmakov, A. (2021). Synergism of trimethylphosphate and carbon dioxide in extinguishing premixed flames. Fire Safety Journal, 125, 103406. doi: 10.1016/j.firesaf.2021.103406
  7. Chupeau, Z., Bonvallot, N., Mercier, F., Bot, B. L., Chevrier, C., Glorennec, P. (2020). Organophosphorus Flame Retardants: A global review of indoor contamination and human exposure in Europe and epidemiological evidence. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(18), 6713. doi: 10.3390/ijerph17186713
  8. Giraudo, M., Douville, M., Houde, M. (2015). Chronic toxicity evaluation of the flame retardant tris (2-butoxyethyl) phosphate (TBOEP) using Daphnia magna transcriptomic response. Chemosphere, 132, 159–165. doi: 10.1016/j.chemosphere.
    2015.03.028
  9. Wang, K., Huang, W., Tian, Q., Tu, C., Yang, C., Yan, W. (2024). Multiple synergistic effects of silicon-containing flame retardants and DOPO derivative enhance the flame retardancy of epoxy resin. Polymer-Plastics Technology and Materials, 63(10), 1294–1305. doi: 10.1080/25740881.2024.2328617
  10. Lysak, N., Skorodumova, O., Chernukha, A. (2023). Development of a fire-proof coating containing silica for polystyrene. Problems of Emergency Situations, 2(38), 192–202. doi: 10.52363/2524-0226-2023-38-10
  11. Skorodumova, О., Tarakhno, O., Chebotareva, O., Bajanova, K. (2022). Silicon protective coatings for textile materials based on liquid glass. Problems of Emergency Situations, 1(35), 109–119. doi: 10.52363/2524-0226-2022-35-8
  12. DSTU 4479:2005 Rechovyny vohnezakhysni vodorozchynni dlia derevyny. Zahalni tekhnichni vymohy ta metody vyprobuvannia. Chynnyi z 01.10.2006. Кyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 2006, 17.
  13. DSTU 8829:2019. Pozhezhovybukhonebezpechnist rechovyn i materialiv. Nomenklatura pokaznykiv i metody yikhnoho vyznachennia. Klasyfikatsiia. Chynnyi z 01.01.2020. Vyd. ofits. Kyiv: UkrNDNTs, 2020, 75.
  14. Karan, R., Pal, P., Maiti, P., Das, K. (2021). Structure, properties and in-vitro response of SiO2-Na2O-CaO-P2O5 system, based glass-ceramics after partial replacement of Na2O by Li2O. Journal of Non-Crystalline Solids, 556, 120554. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120554
  15. Zribi, M., Baklouti, S. (2021). Investigation of phosphate based geopolymers formation mechanism. Journal of Non-Crystalline Solids, 562, 120777. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2021.120777
  16. Stýskalík, A., Škoda, D., Moravec, Z., Babiak, M., Barnes, C. E., Pinkas, J. (2015). Control of micro/mesoporosity in non-hydrolytic hybrid silicophosphate xerogels. Journal of Materials Chemistry. A, Materials for Energy and Sustainability, 3(14), 7477–7487. doi: 10.1039/C4TA06823H

 

Модель форми і розмірів розливу при витіканні і горінні рідини

 

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5193-1775

 

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-7

Ключові слова: розлив горючої рідини, пожежа розливу, форма розливу, усталений режим

 

Анотація

 Побудовано модель для визначення максимальної довжини і ширини розливу горючої рідини, що горить і стікає по похилій площині, за умови сталої швидкості її витікання. Модель спирається на диференціальне рівняння параболічного типу, що описує товщину шару рідини на поверхні ґрунту. Показано, що максимальні довжина та ширина розливу досягаються в усталеному режимі, який має місце внаслідок встановлення балансу між кількістю рідини, що поступає в розлив внаслідок витікання, і кількістю рідини, що витрачається внаслідок вигорання. Із збільшенням кута нахилу форма розливу стає все більш витягнутою вздовж напряму нахилу поверхні. Такий саме ефект має зменшення лінійної швидкості вигорання або збільшення об’ємної швидкості витікання. Навпаки, зменшення кута нахилу поверхні і збільшення лінійної швидкості вигорання або зменшення об’ємної швидкості витікання призводить до того, що форма розливу наближається до кола. Показано, що для кутів нахилу поверхні не більше 20º, має місце подібність процесів розтікання рідини. Це означає, що збільшення об’ємної швидкості витікання еквівалентно лінійному перетворенню часової і просторових координат з одночасним зменшенням кута нахилу і лінійної швидкості вигорання. Побудовано алгоритм розрахунку максимальної довжини і максимальної ширини розливу для довільної горючої рідини при заданій об’ємній швидкості витікання на похилій поверхні, який спирається подібність процесів розтікання рідини і використовує діаграми залежності максимальної довжини і ширини розливу від кута нахилу поверхні і лінійної швидкості вигорання для еталонної об’ємної швидкості витікання 10 л/с. Отримані результати можуть бути використані для визначення висоти полум’я і щільності теплового потоку від пожежі до сусідніх технологічних об’єктів.

 

Посилання

 

  1. Liu J., Li D., Wang Z., Chai X. A state-of-the-art research progress and prospect of liquid fuel spill fires. Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 28. P. 101421. doi: 10.1016/j.csite.2021.101421
  2. Vasilchenko A., Otrosh Y., Adamenko N., Doronin E., Kovalov A. Feature of fire resistance calculation of steel structures with intumescent coating. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 230. P. 02036. doi: 10.1051/matecconf/201823002036
  3. Abdolhamidzadeh B., Abbasi T., Rashtchian D., Abbasi S. A. Domino effect in process-industry accidents – An inventory of past events and identification of some patterns. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2011. Vol. 24(5). P. 575–593. doi: 10.1016/j.jlp.2010.06.013
  4. Amin M. T., Scarponi G. E., Cozzani V., Khan F. Improved pool fire-initiated domino effect assessment in atmospheric tank farms using structural response. Reliability Engineering & System Safety. 2024. Vol. 242. P. 109751. doi: 10.1016/j.ress.2023.109751
  5. Reniers G., Cozzani V. Features of Escalation Scenarios. Domino Effects in the Process Industries. 2013. P. 30–42. doi: 10.1016/B978-0-444-54323-3.00003-8
  6. Etkin D., Horn M., Wolford A. CBR-Spill RISK: Model to Calculate Crude-by-Rail Probabilities and Spill Volumes. International Oil Spill Conference Proceedings. 2017. Vol. 2017(1). P. 3189–3210. doi: 10.7901/2169-3358-2017.1.3189
  7. Liu S., Liang Y. Statistics of catastrophic hazardous liquid pipeline accidents. Reliability Engineering & System Safety. 2021. Vol. 208. P. 107389. doi: 10.1016/j.ress.2020.107389
  8. Guo Q., Li Y. Z., Ingason H., Yan Z., Zhu H. Study on spilled liquid from a continuous leakage in sloped tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology. 2022. Vol. 120. P. 104290. doi: 10.1016/j.tust.2021.104290
  9. He J., Yang L., Ma Y., Yang D., Li A., Huang L., Zhan Y. Simulation and application of a detecting rapid response model for the leakage of flammable liquid storage tank. Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 141. P. 390–401. doi: 10.1016/j.psep.2020.04.053
  10. Zhao J., Zhu H., Zhang J., Huang H., Yang R. Experimental study on the spread and burning behaviors of continuously discharge spill fires under different slopes. Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 392. P. 122352. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122352
  11. Li Y., Meng D., Yang L., Shuai J. Experimental study on the burning rate of continuously released spill fire on open surface with measurement of burning fuel thickness. Case Studies in Thermal Engineering. 2022. Vol. 36. P. 102217. doi: 10.1016/j.csite.2022.102217
  12. Li Z., Wang Q., Li H., Tang F. Experimental study on spread radius and burning rate of spill fires on a fine sand substrate. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2023. Vol. 148(21). P. 12109–12118. doi: 10.1007/s10973-023-12535-0
  13. Keller J. M., Simmons C. S. The Influence of Selected Liquid and Soil Properties on the Propagation of Spills Over Flat Permeable Surfaces. Pacific Northwest National Laboratory. 2005. URL: https://www.pnnl.gov/main/publications/
    external/technical_reports/PNNL-15058.pdf
  14. Abramov Y., Basmanov O., Khmyrov I., Oliinik V. Justifying the experimental method for determining the parameters of liquid infiltration in bulk material. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 4/10(118). P. 24–29. doi: 10.15587/1729-4061.2022.262249
  15. Abbasi T., Kumar V., Tauseef S. M., Abbasi S. A. Spread rate of flammable liquids over flat and inclined porous surfaces. Journal of Chemical Health & Safety. 2018. Vol. 25(5). P. 19–27. doi: 10.1016/j.jchas.2018.02.004
  16. Sahin E., Lattimer B. Y., Duarte J. P. Assessing spill fire characteristics through machine learning analysis. Annals of Nuclear Energy. 2023. Vol. 192. P.109961. doi: 10.1016/j.anucene.2023.109961
  17. Олійник В. В., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Метод експериментального визначення параметрів просочення рідини в ґрунт. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2022. № 2(36). С. 15–25. doi: 10.52363/2524-0226-2022-36-2
  18. Олійник В. В., Басманов О. Є. Модель розтікання і горіння рідини на ґрунті. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2023. № 1(37). С. 18–30. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-2

 

Взаємодія електромагнітної хвилі з поверхнею реальної вибухонебезпечної речовини

 

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0009-0007-9895-1574

 

Кустов Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6960-6399

 

Кулаков Олег Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5236-1949

 

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

 

Михайловська Юлія Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1090-5033

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-5

Ключові слова: вибухонебезпечна речовина, гуманітарне розмінування, діелектричні властивості, електромагнітне випромінювання, коефіцієнт відбиття, поляризація електромагнітної хвилі

 

Анотація

 Розвинуті теоретичні основи ефективного виявлення та знешкодження вибухонебезпечних речовин за допомогою електромагнітного випромінювання. Проблема виявлення вибухонебезпечних речовин є надзвичайно актуальною. Розвиток нових методів, заснованих на фізичних принципах взаємодії електромагнітного випромінювання з вибухонебезпечною речовиною, є перспективним напрямком досліджень. Побудована електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею реальної вибухонебезпечної речовини, яка враховує кут падіння хвилі та її поляризацію. При побудові моделі були розв’язані рівняння Максвелла з граничними умовами на межі розділу повітря – вибухонебезпечна речовина. В якості об’єктів дослідження розглядалися вибухонебезпечні речовини з різними електромагнітними властивостями. Для розв’язання задачі було використано чисельне моделювання. Розраховано енергетичні коефіцієнти відбиття, переломлення та поглинання електромагнітного випромінювання вибухонебезпечною речовиною. Встановлено, що наслідки взаємодії електромагнітної хвилі з вибухонебезпечною речовиною залежать від кута її падіння. Оптимальний кут падіння для більшості досліджених вибухонебезпечних речовин знаходиться в діапазоні від 60 до 75 градусів. Для вибухонебезпечної речовини з малими діелектричними втратами вплив тангенса кута діелектричних втрат на уявну частину кута переломлення є незначним. Це свідчить про те, що для таких матеріалів основним результатом взаємодії є відбиття електромагнітної хвилі. Було показано, що енергетичний коефіцієнт переломлення має локальний екстремум (максимум) в діапазоні кутів падіння від 65 до 85 градусів. Енергетичний коефіцієнт відбиття для плоскої електромагнітної хвилі з вертикальною поляризацією збільшується зі збільшенням дійсної частини відносної діелектричної проникності за законом, близьким до логарифмічного для кутів падіння менших за 60 градусів.

 

Посилання

 

  1. Furuta K., Ishikawa J. Anti-personnel landmine detection for humanitarian demining. Berlin, Germany: Springer. 2009. P. 3–81. doi: 10.1007/978-1-84882-346-4_11
  2. Marsh L. A., Verre W. Combining Electromagnetic Spectroscopy and Ground-Penetrating Radar for the Detection of Anti-Personnel Landmines. Sensors, 2019. Vol. № 15. P. 3390. doi: 10.3390/s19153390
  3. Onodera T. Biochemical Sensors. 2013. P. 351. doi: 10.1201/b15650-26.
  4. Prada P. A., Rodríguez M. C. Demining dogs in Colombia–A review of operational challenges, chemical perspectives, and practical implications. Science & Justice. 2016. Vol. 56(4). P. 269–277. doi: 10.1016/j.scijus.2016.03.002
  5. Hemapala M. U., Huseyin C. Robots Operation in Hazardous Environment. IntechOpen. Croatia. 2017. P. 140. doi: 10.5772/65992
  6. Koyama E., Hirose A. Development of Complex-Valued Self-Organizing-Map Landmine Visualization System Equipped with Moving One-Dimensional Array Antenna. IEICE Transactions on Electronics. 2018. Vol.101(1). P.  doi: 10.1587/
    transele.E101.C.35
  7. Ekenberg L., Fasth T., Larsson A. Hazards and quality control in humanitarian demining. International Journal of Quality & Reliability Management. 2018. Vol. 35. № P. 897–913. doi:10.1108/IJQRM-01-2016-0012
  8. Müller C., Scharmach M., Gaal M., Guelle D., Lewis A., Sieber A. Performance demonstration for humanitarian demining: Test and evaluation of mine searching equipment in detecting mines. Materials Testing. 2003. Vol. 45(11–12). P. 504–512. doi: 10.1515/mt-2003-0004
  9. Mikulic D., Mikulic D. Design of demining machines. Springer London. 2013. P. 73–152. doi: 10.1007/978-1-4471-4504-2_5
  10. Kustov M., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. Харків: НУЦЗ України. № 1(37). C. 4–17. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
  11. Salam A., Raza U., Salam A., Raza U. Electromagnetic characteristics of the soil. Signals in the Soil: Developments in Internet of Underground Things. 2020. P. 39–59. doi: 10.1007/978-3-030-50861-6_2
  12. Krivtsun V., Nanivska L. Factors affecting the demining process. Social Development and Security. 2023. Vol. 13(5). P. 38–44. doi: 10.33445/sds.2023.13.5.5
  13. Lee J. S., Yu J. D. Non-destructive method for evaluating grouted ratio of soil nail using electromagnetic wave. Journal of Nondestructive Evaluation. 2019. Vol. 38. P. 1–15. doi: 10.1007/s10921-019-0582-9
  14. Кустов М. В., Кулаков О. В., Карпов А. А., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Електродинамічна модель взаємодії електромагнітної хвилі з поверхнею вибухонебезпечної речовини. Проблеми надзвичайних ситуацій: Науковий журнал, Харків: НУЦЗ України. 2024. № 1(39). С. 81–95. doi: 10.52363/2524-0226-2024-39-6
  15. Zhou Q., Yao X., Hu J. Study on the propagation characteristic of electromagnetic wave based on WUSN. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2021. Vol. 35(13). P. 1708–1718. doi: 10.1080/09205071.2021.1915882