Дослідження впливу будівельного матеріалу конструкції будівлі на розвиток внутрішньої пожежі

Дубінін Дмитро Петрович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0001-8948-5240

Лісняк Андрій Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

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

Шевченко Сергій Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

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

Криворучко Євген Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

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

Гапоненко Юрій Іванович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-0854-5710

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-13

Ключові слова: внутрішня пожежа, температура, час теплового проникнення, коефіцієнт теплопровідності, швидкість виділення енергії

Анотація

Проведені дослідження впливу будівельного матеріалу конструкції будівлі на розвиток внутрішньої пожежі. Запропоновано методику за допомогою якої визначено коефіцієнт теплопровідності та час теплового проникнення в залежності від розвитку пожежі за чотирма варіантами досліджень. В якості будівельного матеріалу стіни використовувалася у І-ому варіанті цегла, ІІ-й варіант – бетон, ІІІ-й варіант – газобетон, ІV-й варіант – керамзитобетон. З урахуванням запропонованої методики та умов розвитку внутрішньої пожежі побудовані графічні залежності коефіцієнту теплопровідності та часу розвитку пожежі, за якими встановлено, що при використанні в якості будівельного матеріалу – бетону, коефіцієнт теплопровідності максимальний – 0,0823 Вт/(м²×К) на 5 хв. розвитку внутрішньої пожежі та 0,0412 Вт/(м²×К) на 20 хв., а із газобетону, мінімальний – 0,0153 Вт/(м²×К) на 5 хв. та 0,0076 Вт/(м²×К) на 20 хв. При цьому, час теплового проникнення крізь стіну за І-м варіантом складає 81,15 хв., за ІІ-м варіантом – 70,0 хв., ІІІ-м варіантом – 148,8 хв., ІV-м варіантом – 80,0 хв. Також отримані графічні залежності щодо підвищення температури стіни від швидкості виділення енергії за чотирма варіантами під час розвитку внутрішньої пожежі на 5 хв. та 20 хв. Встановлено, що мінімальне значення температури стіни із бетону в залежності від швидкості виділення енергії на 5 хв. розвитку пожежі складає близько 208 ºС, а на 20 хв. – 260 ºС. При цьому максимальне значення температури стіни із газобетону та керамзитобетону на 5 хв. розвитку пожежі складає близько 350 ºС, а на 20 хв. – 440 ºС. Отримані результати проведених досліджень дають змогу підвищити рівень оперативної готовності особового складу пожежно-рятувальних підрозділів під час проведення оперативних дій з гасіння внутрішніх пожеж, а також при визначенні показників пожежної небезпеки будівельних матеріалів.

Посилання

1. Наказ МВС від 26.04.2018 № 340 «Про затвердження Статуту дій органів управління та підрозділів Оперативно-рятувальної служби цивільного захисту під час гасіння пожеж». https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0801-18#Text
2. Дубінін Д. П. Дослідження вимог до перспективних засобів пожежогасіння тонкорозпиленою водою. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. № 33. С. 15–29. doi: 10.52363/2524-0226-2021-33-2
3. Дубінін Д. П., Лісняк А. А., Шевченко С. М., Криворучко Є. М., Гапоненко Ю. І. Експериментальне дослідження розвитку пожежі в будівлі. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. № 34. С. 110–121. doi: 10.52363/2524-0226-2021-34-8
4. Fire Engineering. FDIC International. URL: https://www.fireengineering.com/
5. NFPA 921. Guide for Fire and Explosion Investigations, 2017.
6. NFPA 1410. Standard on Training for Initial Emergency Scene Operations, 2020.
7. Kerber S. Analysis of Changing Residential Fire Dynamics and Its Implications on Firefighter Operational Timeframes. Fire Technology. 2012. 48. Р. 865–891. doi: 1007/s10694-011-0249-2
8. Jahn W., Rein G., Torero J. L. The E ect of Model Parameters on the Simulation of Fire Dynamics. Fire Safety Science. 2008. 9. Р. 1341–1352. doi: 10.3801/IAFSS.FSS.9-1341
9. Sun J., Hu L., Zhang Y. A review on research of fire dynamics in high-rise buildings. Theoretical and Applied Mechanics Letters. 2013. 3(4). Р. 1–13. doi: 10.1063/2.1304201
10. Lu K., Hu L., Tang F., Delichatsios M., Zhang X., He L. Facade Flame Heights from Enclosure Fires with Side Walls at the Opening. Procedia Engineering. 2013. 62. Р. 202–210. doi: 10.1016/j.proeng.2013.08.056
11. Hu L., Tang F., Delichatsios M. A., Wang Q., Lu K., Zhang X. Global behaviors of enclosure fire and façade flame heights in normal and reduced atmospheric pressures at two altitudes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013. 56. Р. 119–126. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.09.050
12. Karlsson B., Quintiere J. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press. 1999. № 1. P. 336.
13. Karlsson B., Quintiere J. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press. 2018. № 2. P. 382.

Визначення параметрів формування теплового впливу при проведенні випробувань пожежних сповіщувачів

Кальченко Ярослав Юрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-3482-0782

Афанасенко Костянтин Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1877-1551

Істратова Діана Володимирівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5229-5600

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-11

Ключові слова: терморезистивний чутливий елемент, тепловий пожежний сповіщувач, тепловий вплив

Анотація

Проведені експериментальні дослідження з визначення параметрів формування теплового впливу на терморезистивний чутливий елемент теплових пожежних сповіщувачів при проведенні випробувань методом, основаним на законі Джоуля-Ленца. За результатами експерименту, побудована математична модель залежності температури терморезистора від електричного струму та електричної напруги поданої на нього під час проведення випробувань. Побудовано графік залежності температури чутливого елемента від цих параметрів. Із аналізу графіку витікає, що температура чутливого елемента теплового пожежного сповіщувача в більшій мірі залежить від електричної напруги поданої на нього під час проведення випробувань. Експериментально визначено час досягнення температури терморезистивного чутливого елемента температури спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів класу А1. Визначені чисельні значення параметрів формування теплового впливу на терморезистивний чутливий елемент теплового спо-віщувача, при проведенні випробувань, що оснований на законі Джоуля-Ленца, що представлені у вигляді таблиць. Визначені рекомендовані значення електричної напруги та електричного струму для розігрівання терморезистивного чутливого елемента до температури 54 °C, що є мінімальною температурою спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів класу А1. Визначені граничні значення електричної напруги та електричного струму, при яких чутливий елемент сповіщувача не нагріється до мінімальної температури спрацьовування. Показано, що отримані результати досліджень, можуть лягти в основу розробки нових теплових пожежних сповіщувачів, випробування яких проводяться у автоматичному режимі та у місці його установки. Показано, що проведення випробувань теплових пожежних сповіщувачів методом, що оснований на законі Джоуля-Ленца дозволить зменшити час його проведення щонайменше у 1,83 рази.

Посилання

1. Qiang L. Estimation of Fire Detection Time. Procedia Engineering. 2011. № 11. Р. 233–241. doi:10.1016/j.proeng.2011.04.652
2. Jevtic R. Heat Detectors-Division, Positioning in Object and Simulation. Тehnika–Elektrotehnika. 2015. № 64. Р. 303–311. doi: 10.5937/tehnika1502303J
3. Park, H.-W., Cho, J.-H., Mun, S.-Y., Park, C.-H., Hwang, C.-H., Kim, S.-C., Nam, D.-G. Measurement of the Device Properties of Fixed Temperature Heat Detec-tors for the Fire Modeling. Fire Science and Engineering. 2014. № 28 (1). Р. 37–43. doi: 10.7731/kifse.2014.28.1.037
4. Abramov Yu., Kalchenko Y., Liashevska O.Determination of dynamic charac-teristics of heat fire detectors. Eureka: Physics and Engineering. 2019. №3. Р. 50–59. doi: 10.21303/2461-4262.2019.00898
5. Jemeljanov V., Sulojeva J., Bartusauskis J. Analysis of the Inertial Parameters of Fire Detectors. Safety of Technogenic Environment. 2012. №3. Р. 26–32. https://ortus.rtu.lv/science/en/publications/15340
6. Jevtiü R. Election of the fire detectors and their arrangement in object. Bezbednost Beograd. 2015. №57 (1). Р. 197–215. doi: 10.5937/bezbednost1501197J
7. Fan D., Ding H., Wang D., Jiang D. Field Test of Optical and Electrical Fire Detectors inSimulated Fire Scenes in a Cable Tunnel. Photonic sensors. 2014. Vol. 4. № 2. Р. 156–161. doi: 10.1007/s13320-014-0174-3
8. Абрамов Ю. О., Кальченко Я. Ю. Теоретичні основи випробувань теплових пожежних сповіщувачів. Харків, 2020. 199 с.
9. Kalchenko Y., Abramov Yu. Identification of dynamic setting fire detectors with thermoresistive sensitive element. Fire Safety Journal. 2015. № 37. Р. 71–74. http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/11586
10. Спосіб визначення постійної часу теплових пожежних сповіщувачів: пат. №110086 Україна: № а 201413822; заявл. 23.12.2014; опубл. 10.11.2017, Бюл. № 21.

Розрахунок робочих роторних машин, узгоджених з їх зубчатими передачами

Куценко Леонід Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1554-8848

Васильєв Сергій Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6602-8765

Кривошей Борис Іванович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-2561-5568

Сухарькова Олена Іванівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-1033-4728

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-12

Ключові слова: геометричне моделювання, роторно-планетарна машина, функції комплексної змінної, зубчата передача

Анотація

Наведено спосіб розрахунку роторно-планетарних машин системи Ванкеля. Особливість машини Ванкеля полягає у тому, що рух ротора відносно корпуса здійснюється за допомогою планетарного механізму, основу якого складає зубчата передача внутрішнього зчеплення. Запропонований спосіб дозволяє врахувати зв'язок параметрів геометричних форми двох пар взаємоспряжених кривих, характерних для машин системи Ванкеля. Першу пару кривих складають робочі профілі корпуса і ротора. Другу пару утворюють профілі зубів зубчатих коліс внутрішнього зчеплення. Врахування зазначеного зв'язку дозволило знайти опис функції зміни у часі робочих об’ємів, обмежених профілями корпуса і ротора (тобто визначити продуктивність машини). В результаті досліджень було встановлено, що продуктивність машини Ванкеля можливо знайти за умови врахування трьох особливостей цієї машини. Формоутворення спряжених робочих профілів ротора і статора здійснюється за допомогою планетарного механізму, для розрахунку яких в роботі використано функції комплексних змінних. В якості прикладу наведено розрахунок профілів роторно-планетарної машини Ванкеля у тривіальному випадку (з параметрами в умовних величинах) мають такі значення: радіус більшого кола R=3, радіус меншого кола r=2. Функцію продуктивності машини визначає зміна у часі об’ємів простору, обмежених робочими профілями ротора і корпуса. Наближений опис функцій зміни у часі робочих об’ємів машини було здійснено за допомогою спеціально розроблених графічних побудов. Для погодження геометричних параметрів машини Ванкеля з параметрами профілів зубів зубчатої передачі внутрішнього зчеплення в роботі застосовано метод графічної обкатки. Одержані результати корисні тому, що схему розглянутої машини Ванкеля закладено в конструкцію однойменного двигуна внутрішнього згорання, а також, в конструкції різноманітних гідромашин, насосів, компресорів тощо.

Посилання

1. Mc Farland & Company. Wankel rotary engine: a history by John B. Hege. Jefferson, North Carolina, and London. 247 p. URL: https://www.worldcat.org/ title/wankel-rotary-engine-a-history/oclc/123964823
2. Espinosa L. , Lappas P. Mathematical modelling comparison of a reciprocating, a Szorenyi rotary, and a Wankel rotary engine. Nonlinear Engineering. 2019. Vol.8. P. 389–396. doi: 10.1515/nleng-2017-0082
3. Warren S. E. New rotary engine designs by deviation function method. Los Angeles. 138 p.
4. Kutlar O. A., Malkaz F. Two-stroke Wankel type rotary engine: a new approach for higher power density. 2019. Vol. 12. 4096. 22 p. doi:10.3390/en12214096
5. Beard J. E., Pennock G. R. Calculation of the displacernent of a Wankel rotary compressor. International Compressor Engineering Conference School of Mechanical Engineering. 1992. 10 p. https://core.ac.uk/outputs/4956490
6. Reddy A. R., Narendra Babu G., Neelakanta J., Jangam Sumanth, Sreenivasulu M. Design and Thermal simulation of Wankel engine rotor using catia and MSC patran. 2019 JETIR. April 2019. 6. Issue 4. 6 p. https://www.jetir.org/ indexx?v=6&i=4&j=April%202019
7. Chiu-Fan Hsieh, Hao-Yu Cheng. Effects of various geometric designs on the flow characteristics of a triangular rotary engine. Mechanical Engineering Research. 2015. Vol.5. № 11 р. doi: 10.5539/mer.v5n1p1
8. Sadiq G., Tozer G., Al-Dadah R. CFD simulations of compressed air two stage rotary Wankel expander – parametric analysis. Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 142. P. 42–52. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman. 2017.03.040
9. Tartakovsky L., Baibikov V., Gutman M., Veinblat M. Simulation of Wankel engine performance using commercial software for piston engines. October 2012. 15 р. URL: https://www.researchgate.net/publication/285199690
10. Drogosz P. Geometry of the Wankel rotary engine. Journal of KONES Powertrain and Transport. 2010. Vol. 17. 3. 6 р. URL: https://docplayer.net/52157713-Geometry-of-the-wankel-rotary-engine.html
11. Сухомлинов Р. М. Трохоидные роторные компрессоры. Харьков: ХГУ. Вища школа. 1975. 152 с. URL: http://www.tsatu.edu.ua/pg/wp-content/uploads/sites/15/perelik-pidruchnykiv-ta-posibnyki-fsp.pdf
12. Куценко Л. М., Бобов С. В., Росоха С. В. Методи геометричного моделювання в задачах пожежної безпеки. Харків: АЦЗУ. 175 с.
13. Куценко Л. М., Рева В. Г. Визначення об’ємних витрат роторно-планетарних трохоїдних гідромашин. Сборник научных трудов Киевского национального университета технологий и дизайна. 2004. Спецвыпуск. С. 170–180.
14. ВасильєвО. Б. Профілювання корпусу двигуна Ванкеля в результаті обкатки трикутником Релло. Праці Таврійської державної агротехнічної академії. 2003. Т.  Вип. 4. С. 109–113.
15. РеваВ. Г. Опис взаємоспряжених кривих за допомогою функцій комплексної змінної. Праці Таврійської державної агротехнічної академії. 2004. Т.  Вип. 4. С. 70–74.
16. СулімаВ. В. Опис криволінійних трикутників, які при синхронному обертанні забезпечують точковий дотик. Прикладна геометрія та інженерна графіка. 2000. Вип.  С. 231–233.
17. ВоронцоваД. В. Геометричний синтез роторно-планетарних машин з урахуванням їхньої динаміки. Геометричне та комп’ютерне моделювання. Збірник наукових праць Української асоціації з прикладної геометрії «ХДУХТ». Вип. 20. С. 107–112.
18. Нго Кьеу Ньи, Ропота Е.П, Сухомлинов Р. М. Определение время-сечения распределительных окон трохоидных роторно-поршневых машин. Вести Харьк.политехн. ин-та. 1973. Вип С. 5–9.

Peden M., Turner, M, Turner, JWG Bailey. Comparison of 1-D Modelling Approaches for Wankel Engine Performance Simulation and Initial Study of the Direct Injection Limitations. SAE Technical Paper Series. № 2018-01-1452. Р. 17. doi: 10.4271/2018-01-1452

Дослідження параметрів вибухонебезпечних зон резервуарів зі світлими нафтопродуктами

Кулаков Олег Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

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

Катунін Альберт Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-2171-4558

Михайловська Юлія Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

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

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-10

Ключові слова: вибухонебезпечна зона, резервуар, світлі нафтопродукти, швидкість вітру, швидкість витоку

Анотація

Досліджено класи та розміри вибухонебезпечних зон резервуарів зі світлими нафтопродуктами залежно від умов їх зберігання: всередині резервуару, навколо дихального клапану, що не виключає виток небезпечних парів з резервуару у атмосферу та при аварійній некатастрофічній розгерметизації резервуару. Розрахунки здійснювалися трьома методами: розрахунковим методом визначення гіпотетичного об’єму, розрахунковим методом з використанням номограм та детермінованим методом. Розрахунки, виконані детермінованим методом, не відповідають результатам, отриманим з використанням розрахункових методів. Розрахунки, проведені методом визначення гіпотетичного об’єму, дають більш високі розміри вибухонебезпечних зон у порівнянні з отриманими методом з використанням номограм. Класи та розміри зон за детермінованим методом є фіксованими та незалежними від умов навколишнього середовища. Всередині резервуару має місце вибухонебезпечна зона класу 0. Навколо дихального клапану резервуару залежно від швидкості руху парів через отвір клапану при різних швидкостях вітру за нормальних умов за розрахунковими методами час існування вибухонебезпечної зони є максимальним за відсутності примусового розсіювання вибухонебезпечної суміші. При збільшенні швидкості руху парів через отвір дихального клапану збільшення радіусу вибухонебезпечної зони відбувається за логарифмічним законом. Зміна температури призводить до незначної зміни радіусу. При розгерметизації резервуару збільшення радіусу вибухонебезпечної зони при збільшення швидкості витоку відбувається також за логарифмічним законом. Радіус зони, отриманий методом визначення гіпотетичного об’єму майже у два рази перевищує радіус, розрахований методом з використанням номограм. Максимально можливий радіус становить 20 м та 9 м, відповідно, при швидкості витоку бензину 10 кг/с. Детермінованим методом радіус зафіксований на рівні 3 м для усіх умов витоку.

Посилання

1. Кулаков О. В., Катунін А. М., Ляшевська О. І. Особливості визначення класів і розмірів вибухонебезпечних зон, що створюються навколо зовнішніх установок. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. № 33. С. 167–180. URL: http://pes.nuczu.edu.ua/uk/arkhiv-nomeriv/15-33/111-kulakov-o-v-katunin-a-m-lyashevska-o-i-osoblivosti-viznachennya-klasiv-i-rozmiriv-vibukhonebezpechnikh-zon-navkolo-zovnishnikh-ustanovok-s-168-181
2. International Electrotechnical Commission (IEC). HIS Markit Standards Store. URL: http://www.iec.ch/
3. National Fire Protection Association (NFPA). URL: https://www.nfpa.org
4. British Standards Institution (BSI). URL: https://www.bsigroup.com/
5. IEC 60079-10-1: 2020. Explosive atmospheres – Part 10-1: Classification of areas – Explosive gas atmospheres. Geneva. 2020. 236 p. URL: https://webstore.iec.ch/publication/63327
6. ANSI/NFPA 70. National Electrical Code. 2020 editor. URL: https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=70
7. ANSI/NFPA 497. Recommended Practice for the Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas. 2021 editor. National Fire Protection Association. URL: http:/www.nfpa.org/
8. ANSI/API RP 505. Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Zone 0, Zone 1, and Zone 2. 2018 editor. American Petroleum Institute, Washington, DC. 177 р. URL: http:/www.nfpa.org/
9. EI 15. Model code of safe practice Part 15: Area classification code for instal-lations handling flammable fluids. 2015 editor. Energy Institute, London, UK. URL: https://publishing.energyinst.org/
10. Bozek A. Application of IEC 60079-10-1 edition 2.0 for Hazardous Area Classification. 2017. Petroleum and Chemical Industry Technical Conference (PCIC), Calgary, AB, Canada. 18–20 Sept. 2017. P. 451–460. doi: 10.1109/TIA.2017.2785258
11. Webber D., Ivings M., Santon R. Ventilation theory and dispersion modelling applied to hazardous area classification. Journal of Loss Prevention in the Process In-dustries. 2011. Vol. 24. № 5. P. 612–621. doi: 10.1016/j.jlp.2011.04.002
12. Tommasini R., Pons E., Palamara F. Area classification for explosive atmos-pheres: Comparison between European and North American approaches. IEEE transactions on industry applications. 2014. Vol. 50. № 5. P. 3128–3134. doi: 10.1109/TIA.2014.2306980
13. Estellito R., Moreira L., Leao H. Area classification is not a copy-and-paste process: performing reliable hazardous area classification studies. IEEE IAS Industry Applications Magazine. 2016 (Jan/Feb). Vol. 22. P. 28–39. doi: 10.1109/ МИАС.2015.2458335
14. Dong L., Zuo H., Hu L., Yang B., Li L., Wu L. Simulation of heavy gas dis-persion in a large indoor space using CFD model. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. Vol. 46. P. 1–12. doi:10.1016/j.jlp.2017.01.012
15. Cheng C., Tan W., Liu L. Numerical simulation of water curtain application for ammonia release dispersion. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2014 (July). Vol. 30. P. 105–112. doi: 10.1016/j.jlp.2014.05.003
16. IEC 62305-1: 2010. Protection against lightning – Part 1: General principles. Geneva. 2010. 137 p. URL: https://webstore.iec.ch/publication/6793
17. IEC 62305-2: 2010. Protection against lightning – Part 2: Risk management. Geneva. 2010. 171 p. URL: https://webstore.iec.ch/publication/6794
18. IEC 62305-3: 2010. Protection against lightning − Part 3: Physical damage to structures and life hazard. Geneva. 2010. 313 p. URL: https://webstore.iec.ch/publication/6795
19. IEC 62305-4: 2010. Protection against lightning − Part 4: Electrical and electronic systems within structures. Geneva. 2010. 178 p. URL: https://webstore.iec.ch/publication/6796
20. ISO/IEC 80079-20-1: 2017. Explosive atmospheres – Part 20-1: Material characteristics for gas and vapour classification – Test methods and data. Geneva. 2017. 167 p. URL: https://www.iso.org/standard/69556.html