Експериментальна перевірка моделі розповсюдження небезпечних газів при їх осадженні.

 

Кустов Максим Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

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

 

Мельниченко Андрій Сергійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-7229-6926

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-4

 

Ключові слова: сорбція газів, експериментальна камера, дисперсний потік, інтенсивність осадження, критерій Фішера

 

Анотація

Проведено експериментальну перевірку адекватності теоретичної моделі розповсюдження небезпечних газів у потоці повітря при його інтенсивному осадження дисперсними струменями. Порівняльний аналіз результатів виконаних експериментів вкладається в довірчий інтервал, розрахований за критерієм Фішера з надійністю 0,95. Це засвідчує достовірність розроблених раніше математичних моделей сорбції небезпечних газів. Результати експериментів підтвердили високу інтенсивність сорбції аміаку водним потоком та продемонстрували, що використання водяних завіс може суттєво знизити розміри ураження атмосфери небезпечними газами. Для проведення достовірних експериментальних досліджень та моделювання умов осадження небезпечних газів на шляху розповсюдження повітряного потоку розроблена та створена експериментальна камера для дослідження сорбційних процесів. Розроблені експериментальна камера та методика проведення досліджень передбачають забезпечення безпеки при роботі з небезпечними газоподібними речовинами. Конструкційне виконання корпусу камери у вигляді витягнутого циліндра із мережею газоаналізаторів дозволяє вимірювати динаміку просторового розповсюдження газів при різній інтенсивності потоку. Методика проведення експерименту передбачає три основних змінних параметри – швидкість повітряного потоку, інтенсивність та дисперсність рідинного потоку та додаткові змінні параметри, що визначаються фізико-хімічною природою сорбційних процесів – температура та тиск навколишнього середовища, хімічний склад рідини. Використання при проведенні досліджень розробленої експериментальної камери дозволить вимірювати інтенсивність сорбційних процесів газоподібних речовин потоком дисперсних рідин, рідинних сумішей та розчинів. Проведено перевірку ефективності практичного використання методики прогнозування інтенсивності ліквідації надзвичайних ситуацій із викидом небезпечних газів.

 

Посилання

  1. Pshinko O. M., Biliaiev M. M., Gunko O. Y. Localization of the air pollution zone in case of liquidation of an accident with chemically hazardous cargo. Science and Transport Progress. 2009. Vol. 27. P. 143–148. doi: 10.15802/stp2009/14261
  2. Kustov M., Kalugin V., Hristich O., Hapon Y. Recovery method for emergency situations with hazardous substances emission into the atmosphere. International Journal of Safety and Security Engineering. 2021. Vol. 11(4). P. 419‑426. doi:10.18280/ijsse.110415
  3. Talhofer V., Hošková-Mayerová Š. Method of Selecting a Decontamination Site Deployment for Chemical Accident Consequences Elimination: Application of Multi-Criterial Analysis. ISPRS International Journal of Geo-Information. 2019. Vol. 8(4). P. 171. doi: 10.3390/ijgi8040171
  4. Tatarinov V. V., Prus U. V., Kirsanov A. A. Decision support software for chemical accident elimination management. AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2195. P. 020076. doi: 10.1063/1.5140176
  5. Martínez-García M., Zhang Y., Suzuki K., Zhang Y. D. Deep Recurrent Entropy Adaptive Model for System Reliability Monitoring. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2021. Vol. 17(2). P. 839‑848. doi: 10.1109/TII.2020.3007152
  6. Khan F., Rathnayaka S., Ahmed S. Methods and models in process safety and risk management: Past, present and future. Process Safety and Environmental Protection. 2015. Vol. 98. P. 116–147. doi: 10.1016/j.psep.2015.07.005
  7. Carol S. WISER and REMM: Resources for Disaster Response. Journal of Electronic Resources in Medical Libraries. 2009. Vol. 6. P. 253–259. doi: 10.1080/15424060903167393
  8. Polorecka M., Kubas J., Danihelka P., Petrlova K., Repkova Stofkova K., Buganova K. Use of Software on Modeling Hazardous Substance Release as a Support Tool for Crisis Management. Sustainability. 2021. Vol. 13. P. 438‑453. doi: 10.3390/su13010438
  9. Leelossy A., Molnar F., Izsak F., Havasi A., Lagzi I., Meszaros R. Dispersion modeling of air pollutants in the atmosphere: a review. Central European Journal of Geosciences. 2014. Vol. 6. P. 257‑278. doi: 10.2478/s13533-012-0188-6
  10. Yan X., Zhou Y., Diao H., Gu H., Li Y. Development of mathematical model for aerosol deposition under jet condition. Annals of Nuclear Energy. 2020. Vol. 142. P.107394. doi: 10.1016/j.anucene.2020.107394
  11. Elperin T., Fominykh A., Krasovitov B., Vikhansky A. Effect of rain scavenging on altitudinal distribution of soluble gaseous pollutants in the atmosphere. Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45(14). P. 2427–2433. doi: 10.1016/j.atmosenv. 2011.02.008
  12. Kustov M., Melnychenko A., Taraduda D., Korogodska A. Research of the Chlorine Sorption Processes when its Deposition by Water Aerosol. In Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. P. 361–373. doi: 10.4028/www.scientific.net/ MSF.1038.361
  13. Gautam S., Liu T., Cole D. Sorption, Structure and Dynamics of CO2and Ethane in Silicalite at High Pressure: A Combined Monte Carlo and Molecular Dynamics Simulation Study. Molecules. 2019. Vol. 24(1). P. 99. doi: 10.3390/molecules24010099
  14. Hua A. K., Lakey P. S., Shiraiwa M. Multiphase Kinetic Multilayer Model Interfaces for Simulating Surface and Bulk Chemistry for Environmental and Atmospheric Chemistry Teaching. Journal of Chemical Education. 2022. Vol. 99(3). P. 1246‑1254. doi: 10.1021/acs.jchemed.1c00931
  15. Кустов М. В., Басманов О. Є., Тарасенко О. А., Мельниченко А. С. Прогнозування масштабів хімічного ураження за умов осадження небезпечної речовини. Scientific Journal Problems of Emergency Situations. 2021. T. 33. С. 72‑83. doi: 10.52363/2524-0226-2021-33-6
  16. Melnichenko A., Kustov M., Basmanov O., Tarasenko O., Bogatov O., Kravtsov M., Petrova O., Pidpala T., Karatieieva O., Shevchuk N. Devising a procedure to forecast the level of chemical damage to the atmosphere during active deposition of dangerous gases. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 1(10(115)). P. 31–40. doi: 10.15587/1729-4061.2022.251675
  17. Bell K. J. Heat Exchanger Design for the Process Industries. ASME. Journal Heat Transfer. 2004. Vol. 126(6). P. 877–885. doi: 10.1115/1.1833366
  18. Tang L., Cao F., Li Y., Bao J., Ren Z. High performance mid-temperature selective absorber based on titanium oxides cermet deposited by direct current reactive sputtering of a single titanium target. Journal of Applied Physics. 2016. Vol. 119. P. 045102. doi: 10.1063/1.4940386
  19. Merentsov N. A., Golovanchikov A. B., Topilin M. V., Persidskiy A. V., Tezikov D. A. Mass transfer apparatus for a wide range of environmental processes. IOP Publishing. Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. P. 055028. doi: 1088/1742-6596/1399/5/055028
  20. Freeman L., Ryan F., Kensler J., Dickinson R., Vining G. A Tutorial on the Planning of Experiments. Quality Engineering. 2013. Vol. 25(4). P. 315‑332. doi: 10.1080/08982112.2013.817013

 

 

 Спектральні властивості динаміки небезпечних факторів середовища при загоряннях у приміщеннях. 

 

Поспєлов Борис Борисович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-0957-3839

 

Рибка Євгеній Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5396-5151

 

Самойлов Михайло Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-8924-7944

 

Мелещенко Руслан Геннадійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5411-2030

 

Безугла Юлія Сергіївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4022-2807

 

Ященко Олександр Анатолійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-7129-389X

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-3

 

Ключові слова: загоряння матеріалів, газове середовище приміщень, амплітудний миттєвий спектр, фазовий миттєвий спектр

 

Анотація

Досліджена спектральна щільність та амплітудний і фазовий спектри динаміки основних небезпечних факторів газового середовища при загорянні тестових матеріалів у лабораторній камері. Об’єктом дослідження є спектральні властивості динаміки небезпечних факторів газового середовища при загоряннях матеріалів. Основним предметом є спектральна щільність та пряме перетворення Фур'є щодо дискретних вимірювань небезпечних параметрів газового середовища на фіксованих інтервалах до загоряння та після загоряння матеріалу. Пряме дискретне перетворення Фур'є дозволяє визначати миттєві амплітудний та фазовий спектри для обраних фіксованих часових інтервалів. Це дозволяє досліджувати особливості миттєвих амплітуд та фаз гармонійних складових у спектрі нестаціонарної динаміки небезпечних параметрів газового середовища. Встановлено, що характер спектральної щільності та амплітудного спектра є малоінформативним з огляду виявлення загорань. Встановлено, що основний внесок в щільність та амплітудний спектр динаміки досліджуваних небезпечних параметрів газового середовища в камері вносять частотні складові діапазону 0–0,2 Гц. При цьому внесок в спектральну щільність і амплітудний спектр частотних складових понад 0,2 Гц значно зменшується із зростанням частоти. Виявлено, що більш інформативними та чутливими з погляду детектування загорянь є використання прямого перетворення Фур’є щодо вимірюваних даних та застосування фазового спектру для високочастотних складових динаміки небезпечних параметрів газового середовища, що перевищують 0,2 Гц. Встановлено, що характер розкиду фаз для зазначених частотних складових у фазовому спектрі залежить від типу матеріалу загоряння. За характером розкиду фаз частотних складових можна не тільки виявляти загоряння матеріалів, але й розпізнавати тип матеріалу загоряння.

 

Посилання

  1. Vambol S., Vambol V., Bogdanov I., Suchikova Y., Rashkevich N. Research of the influence of decomposition of wastes of polymers with nano inclusions on the atmosphere. 2017. Vol. 6. № 10–90. P. 57–64. doi: 10.15587/1729-4061.2017.118213
  2. Tan P., Steinbach M., Kumar V. Introduction to Data Mining. Addison Wesley, 2005. 864 p. URL: https://www-users.cse.umn.edu/~kumar001/dmbook/index.php
  3. Semko A. N., Beskrovnaya M. V., Vinogradov S. A., Hritsina I. N., Yagudina N. I. The usage of high speed impulse liquid jets for putting out gas blowouts. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2014. Vol. 52(3). P. 655– URL: https://bibliotekanauki.pl/articles/279295
  4. Andronov V., Pospelov B., Rybka E., Skliarov S. Examining the learning fire detectors under real conditions of application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 3/9(87). P. 53–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101985
  5. Mygalenko K., Nuyanzin V., Zemlianskyi A., Dominik A. Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 1/10(91). P. 31–37. doi: 10.15587/1729-4061.2018.121727
  6. Vambol S., Vambol V., Sobyna V., Koloskov V., Poberezhna L. Investigation of the energy efficiency of waste utilization technology, with considering the use of low-temperature separation of the resulting gas mixtures. Energetika. 2018. Vol. 64. №4. P. 186–195. URL: http://29yjmo6.257.cz/bitstream/123456789/8734/1/document.pdf
  7. Dubinin D., Korytchenko K., Lisnyak A., Hrytsyna I., Trigub V. Improving the installation for fire extinguishing with finelydispersed water. Easten-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 2/10(92). P. 38–43. doi: 10.15587/1729-4061.2018.127865
  8. Kovalov A., Otrosh Y., Ostroverkh O., Hrushovinchuk O. Fire resistance evaluation of reinforced concrete floors with fire-retardant coating by calculation and experimental method. E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 60. № URL: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000003
  9. Reproduced with permission from fire loss in the United States during 2019. National Fire Protection Association. 2020. 11 p. URL: www.nfpa.org
  10. Otrosh Yu., Semkiv O., Kovalov A. About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 708. № 012065. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/708/1/012065/pdf
  11. Dadashov I., Loboichenko V., Kireev A. Analysis of the ecological characteristics of environment friendly fire fighting chemicals used in extinguishing oil products. Pollution Research. 2018. Vol. 37, № P. 63–77. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6849
  12. Kustov M. V., Kalugin V. D., Tutunik V. V., Tarakhno E. V. Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2019. № 1. P. 92–99. URL: http://vhht.dp.ua/wp-content/uploads/pdf/2019/ 1/Kustov.pdf
  13. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Krainiukov O., Maksymenko N., Meleshchenko R., Bezuhla Yu., Hrachova I., Nesterenko R., Shumilova А. Mathematical model of determining a risk to the human health along with the detection of hazardous states of urban atmosphere pollution based on measuring the current concentrations of pollutants. EEJET. 2020. Vol. 4/10(106). P. 37–44. doi: 10.15587/1729-4061.2020.210059
  14. Sadkovyi, E. Rybka, Yu. Otrosh and others. Fire resistance of reinforced concrete and steel structures: monograph. Kharkiv: PC TC, 2021. 180 p. doi: 10.15587/978-617-7319-43-5
  15. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Samoilov M., Krainiukov O., Biryukov I., Butenko T., Bezuhla Yu., Karpets K., Kochanov E. Development of the method of operational forecasting of fire in the premises of objects under real conditions. Eastern-European Journal of Enterprise. 2021. Vol. 2/10(110). P. 43–50. doi: 10.15587/1729-4061.2021.226692
  16. Andronov V., Pospelov B., Rybka E. Development of a method to improve the performance speed of maximal fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 2/9(86). P. 32–37. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96694
  17. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Skliarov S. Design of fire detectors capable of self-adjusting by ignition. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4/9(88). P. 53–59. doi: 10.15587/1729-4061.2017.108448
  18. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Skliarov S. Research into dynamics of setting the threshold and a probability of ignition detection by self­adjusting fire detectors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 5/9(89). 43–48. doi: 10.15587/1729-4061.2017.110092
  19. Caixia C., Fuchun S., Xinquan Z. One Fire Detection Method Using Neural Networks. Tsinghua Science and Technology. 2011. Vol. 16. № 1. P. 31–35. doi: 10.1016/S1007-0214(11)70005-0
  20. Ding Q., Peng Z., Liu T., Tong Q. Multi-Sensor Building Fire Alarm System with Information Fusion Technology Based on D-S Evidence Theory. Algorithms. 2014. № 7. P. 523–537. URL: https://doi.org/10.3390/a7040523
  21. BS EN 54-30:2015 Fire detection and fire alarm systems. Part 30: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of carbon monoxide and heat sensors.
  22. BS EN 54-31:2014 Fire detection and fire alarm system. – Part 31: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of smoke, carbon monoxide and optionally heat sensors.
  23. ISO 7240-8:2014 Fire detection and alarm systems – Part 8: Point-type fire detectors using a carbon monoxide sensor in combination with a heat sensor.
  24. Aspey R. A., Brazier K. J., Spencer J. W. Multiwavelength sensing of smoke using a polychromatic LED: Mie extinction characterization using HLS analysis. IEEE Sens. J. 2005. № Р. 1050–1056. URL: https://jglobal.jst.go.jp/en/ detail?JGLOBAL_ID=200902239962971258
  25. Chen S. -J., Hovde D. C., Peterson K. A., Marshall A. W. Fire detection using smoke and gas sensors. Fire Safety J. № 42. Р. 507–515.
  26. Shi M., Bermak A., Chandrasekaran S., Amira A., Brahim-Belhouari S. A committee machine gas identification system based on dynamically reconfigurable FPGA. IEEE Sens. J. 2008. №8. Р. 403–414. URL: http://dx.doi.org/10.1109/ 2008.917124
  27. Skinner A. J., Lambert M. F. Using smart sensor strings for continuous monitoring of temperature stratification in large water bodies. IEEE Sensors J. 2006. №6. Р. 1473–1481. URL: http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2006.881373
  28. Cheon J., Lee J., Lee I., Chae Y., Yoo Y., Han G. A single-chip CMOS smoke and temperature sensor for an intelligent fire detector. IEEE Sens. J. 2009. № 9. Р. 914–920. URL: https://doi.org/10.1109/JSEN.2009.2024703
  29. Wu Y., Harada T. Study on the Burning Behaviour of Plantation Wood. Scientia Silvae Sinicae. 2004. № 40. Р. 131. doi: 10.11707/j.1001-7488.20040223
  30. Zhang D., Xue W. Effect of Heat Radiation on Combustion Heat Release Rate of Larch. Journal of West China Forestry Science. 2010. №39. P. 148. URL: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.08.133
  31. Ji J., Yang L., Fan W. Experimental Study on Effects of Burning Behaviours of Materials Caused by External Heat Radiation. Journal of Combustion Science and Technology. 2003. № 9. Р. 139. doi: 10.15587/1729-4061.2018.122419
  32. Peng X., Liu S., Lu G. Experimental Analysis on Heat Release Rate of Materials. Journal of Chongqing University. 2005. № 28. Р. 122. doi: 10.1016/j.proeng. 2013.08.133
  33. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Meleshchenko R., Gornostal S. Analysis of correlation dimensionality of the state of a gas medium at early ignition of materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 5/10(95). P. 25–30. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/7483
  34. Pospelov B., Andronov V., Rybka E., Meleshchenko R., Borodych, P. Studying the recurrent diagrams of carbon monoxide concentration at early ignitions in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 3/9(93). 34–40. doi:10.15587/1729-4061.2018.133127
  35. Pospelov B., Rybka E., Meleshchenko R., Krainiukov O., Biryukov I., Butenko T., Yashchenko O., Bezuhla Yu., Karpets K., Vasylchenko R. Short-term fire forecast based on air state gain recurrency and zero-order Brown model. Eastern-European Journal of Enterprise. 2021. Vol. 3/10(111). P. 27–33. doi: 10.15587/1729-4061.2021.233606
  36. Pospelov, E. Rybka, V. Togobytska, R. Meleshchenko, Yu. Danchenko. Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 4/10(100). P. 22–29. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579
  37. McGrattan K., Hostikka S., McDermott R., Floyd J., Weinschenk C., Overholt K. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide. National Institute of Standards and Technology. 2016. Vol. 6th ed. URL: https://www.fse-italia.eu/PDF/ManualiFDS/FDS_Validation_Guide.pdf
  38. Floyd J., Forney G., Hostikka S., Korhonen T., McDermott R., McGrattan K. Fire Dynamics Simulator (Version 6) User’s Guide. National Institute of Standard and Technology. 2013. Vol. 1. 1st ed. URL: https://tsapps.nist.gov/publication/ cfm?pub_id=913619
  39. Полстянкин Р. М., Поспелов Б. Б. Стохастические модели опасных факторов и параметров очага загорания в помещениях. Проблемы пожарной безопасности. 2015. Вып. 38. С. 130–135.
  40. Heskestad G., Newman J. S. Fire Detection Using Cross-Correlations of Sensor Signals. Fire Safety J. 1992. Vol. 18. № 4. Р. 355–374. URL: https://doi.org/ 10.15587/1729-4061.2017.117789
  41. Gottuk D. T., Wright M. T., Wong J. T., Pham H. V., Rose-Pehrsson S. L., Hart S., Hammond M., Williams F. W., Tatem P. A., Street T. T. Prototype Early Warning Fire Detection Systems: Test Series 4 Results. NRL/MR/6180–02–8602, Naval Research Laboratory, February 15, 2002. URL: https://apps.dtic.mil/ sti/pdfs/ADA399480.pdf
  42. Pospelov B., Rybka E., Meleshchenko R., Gornostal S., Shcherbak S. Results of experimental research into correlations between hazardous factors of ignition of materials in premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 6/10(90). P. 50–56. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.117789

 

 

 

Стохастична модель нагріву стінки резервуара під впливом пожежі

 

Абрамов Юрій Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0001-7901-3768

 

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

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

 

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

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

Колоколов Віталій Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0002-1155-5170

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-1

 

Ключові слова: стохастична модель, пожежа в резервуарі, тепловий вплив пожежі, променевий теплообмін, конвекційний теплообмін

 

Анотація

Розглянуто прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій, обумовлених пожежею нафтопродукту у вертикальному сталевому резервуарі з нафтопродуктом в резервуарній групі з урахуванням випадкового характеру теплового потоку від пожежі. Побудовано модель нагріву стінки резервуара, яка враховує променевий теплообмін з факелом, навколишнім середовищем, внутрішнім простором резервуара; конвекційний теплообмін з навколишнім повітрям і пароповітряною сумішшю в газовому просторі резервуара. Вихідними даними для моделі є закон і параметри розподілу випадкового процесу, що характеризує факел. Результатом є закон і параметри розподілу випадкового процесу, що описує температуру стінки резервуара. Зроблено припущення про стаціонарність і нормальність випадкового процесу, що описує пульсації коефіцієнта взаємного опромінення. Побудовано систему нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку, яка спирається на рівняння теплового балансу для довільної точки на стінці резервуара і описує динаміку зміни математичного очікування і дисперсії температури у цій точці. Система рівнянь розв’язується із застосуванням метода скінчених різниць. Отримані результати дозволяють уточнити детерміновану модель шляхом побудови довірчих інтервалів для температури стінки резервуара, що нагрівається. Показано, що коли температура стінки резервуара, досягає критичного значення, детермінована і стохастична модель дають майже однаковий прогноз часу. Навпаки, коли наближення до критичного значення характеризується повільним зростанням температури, прогноз часу досягнення критичного значення може істотно відрізнятися для детермінованої і стохастичної моделей. Наприклад, час досягнення температури 300 ºC резервуаром РВС-10000 на нормативній відстані від аналогічного резервуара, що горить, складає майже 30 хв. для детермінованої моделі. Стохастична модель показує, що ця температура може бути досягнута вже через 14 хв.

 

Посилання

  1. Liu J., Li D., Wang T., Chai X. A state-of-the-art research progress and pro-spect of liquid fuel spill fires. Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 28. doi: 10.1016/j.csite.2021.101421
  2. Саламов Д., Абрамов Ю. О., Басманов О. Є. Аналіз систем охолодження резервуарів в резервуарному парку з нафтопродуктами. Проблеми пожежної безпеки. 2018. № 43. С. 156–161. http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6940
  3. Shi C., Liu W., Hong W., Zhong M., Zhang X. A modified thermal radiation model with multiple factors for investigating temperature rise around pool fire. Journal of Hazardous Materials. 2019. Vol. 379. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.120801
  4. Zhou K., Wang X. Thermal radiation modelling of pool fire with consideration on the nonuniform temperature in flame volume. International Journal of Thermal Sci-ences. 2019. Vol. 138. P. 12–23. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2018.12.033
  5. Hiang X., Huang T., Zhuo X., Tang F., He L., Wen J. A global model for flame pulsation frequency of buoyancy-controlled rectangular gas fuel fire with different boundaries. Fuel. 2021. Vol. 289. doi: 10.1016/j.fuel.2020.119857
  6. Deng L., Tang F., Ma X. Experimental study on flame merging probability and pulsation frequency of annular hydrocarbon pool fires with various inner and outer diameters. Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 473–478. doi: 10.1016/j.psep.2020.11.015
  7. Bi Y., Yang Z., Cong H., Bi M., Gao W. Experimental and theoretical investi-gation on the effect of inclined surface on pool fire behavior. Process Safety and Envi-ronmental Protection. 2022. Vol. 162. P. 328–336. doi: 10.1016/j.psep.2022.03.084
  8. Li M., Luo Q., Ji J., Wang C. Hydrodynamic analysis and flame pulsation of continuously spilling fire spread over n-butanol fuel under different slope angles. Fire Safety Journal. 2021. Vol. 126. doi: 10.1016/j.firesaf.2021.103467
  9. Li Y., Jiang J., Zhang Q., Yu Y., Wang Z., Liu H., Shu C.-M. Static and dynamic flame model effects on thermal buckling: Fixed-roof tanks adjacent to an ethanol pool-fire. Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 127. P. 23–35. doi: 10.1016/j.psep.2019.05.001
  10. Li Y., Jiang J., Bian H., Yu Y., Zhang Q., Wang Z. Coupling effects of the fragment impact and adjacent pool-fire on the thermal buckling of a fixed-roof tank. Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 144. doi: 10.1016/j.tws.2019.106309
  11. Abramov Y. A., Basmanov O. E., Mikhayluk A. A., Salamov J. Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU. 2018. Vol. 2. P. 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
  12. Басманов О. Є., Максименко М. В., Олійник В. В. Моделювання теплового впливу пожежі в резервуарі з нафтопродуктом на сусідній резервуар Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. № 2 (34). С. 4–20. doi: 10.52363/2524-0226-2021-34-1
  13. Espinosa S. N., Jaca R. C., Godoy L. A. Thermal effects of fire on a nearby fuel storage tank. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. doi: 10.1016/j.jlp.2019.103990
  14. Wu Z., Hou L., Wu S., Wu X., Kiu F. The time-to-failure assessment of large crude oil storage tank exposed to pool fire. Fire Safety Journal. 2020. Vol. 117. doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103192

     15. Elhelw M., El-Shobaky A., Attia A., El-Maghlany W. M. Advanced dynamic modeling study of fire and smoke of crude oil storage tanks. Process Safety and Envi-ronmental Protection. 2021. Vol. 146. P. 670–685. doi: 10.1016/j.psep.2020.12.002

 

Сalculation of fire resistance of fire protected reinforced concrete structures

 

Kovalov Andrii

National University of Civil Defence of Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-6525-7558

 

Poklonskyi Viktor

National University of Civil Defence of Ukraine

http://orcid.org/0000-0001-7801-7118

 

Otrosh Yurii

National University of Civil Defence of Ukraine

http://orcid.org/0000-0003-0698-2888

 

Tоmеnkо Vitalii

National University of Civil Defence of Ukraine

http://orcid.org/0000-0001-7139-9141

 

Yurchenko Serhii

National University of Civil Defence of Ukraine

http://orcid.org/0000-0002-2775-238X

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-35-2

 

Keywords: fire resistance, reinforced concrete structures, thermal engineering calculation, numerical modeling, fire protection, fire protection coating, ANSYS

 

Аnnotation

A finite-element model was developed for thermal engineering calculation of a fire-resistant multi-cavity reinforced concrete floor in the ANSYS software complex. With the help of the developed model, a thermal engineering calculation of a fire-resistant reinforced concrete multi-hollow floor slab was carried out, the essence of which was to solve the problem of non-stationary thermal conductivity and was reduced to determining the temperature of the concrete of the reinforced concrete floor at any point of the cross section at a given time (including at the place of installation of the fittings).A comparison of the results of numerical modeling with the results of an experimental study of fire resistance was carried out. An approach is proposed that allows taking into account all types of heat exchange by specifying cavities as a solid body with an equivalent coefficient of thermal conductivity. The model makes it possible to study stationary and non-stationary heating of both unprotected and fire-protected reinforced concrete structures. At the same time, with the help of the developed model, it is possible to take into account various factors affecting fire-resistant reinforced concrete structures: fire temperature regimes, thermophysical characteristics of reinforced concrete structures, coatings for fire protection of reinforced concrete structures. The adequacy of the developed model was tested, as a result of which it was established that the calculated values of temperatures satisfactorily correlate with experimental data. The largest area of deviation in temperature measurement is observed at the 100 th minute of calculation and is about 3 ºС, which is 9 %. The workability of the developed model for evaluating the fire resistance of fire-resistant reinforced concrete structures and its adequacy to real processes that occur during heating of fire-resistant reinforced concrete structures with the application of a load under the conditions of fire exposure under the standard fire temperature regime have been proven.

 

References

  1. Zhang, H. Y., Lv, H. R., Kodur, V., Qi, S. L. (2018). Performance comparison of fiber sheet strengthened RC beams bonded with geopolymer and epoxy resin under ambient and fire conditions. Journal of Structural Fire Engineering, 9(3), 174–188. https://doi.org/10.1108/JSFE-01-2017-0023
  2. Hertz, K., Giuliani, L., Sorensen, L. S. (2017). Fire resistance of extruded hollow-core slabs. Journal of Structural Fire Engineering, 8(3), 324–336.
  3. Franssen, J. M., Gernay, T. (2017). Modeling structures in fire with SAFIR®: Theoretical background and capabilities. Journal of Structural Fire Engineering, 8(3), 300–323. https://doi.org/10.1108/JSFE-07-2016-0010
  4. Mwangi, S. (2017). Why Broadgate Phase 8 composite floor did not fail under fire : Numerical investigation using ANSYS® FEA code. Journal of Structural Fire Engineering, 8(3), 238–257. https://doi.org/10.1108/JSFE-05-2017-0032
  5. Walls, R., Viljoen, C., de Clercq, H. (2020). Parametric investigation into the cross-sectional stress-strain behaviour, stiffness and thermal forces of steel, concrete and composite beams exposed to fire. Journal of Structural Fire Engineering, 11(1), 100–117. https://doi.org/10.1108/JSFE-10-2018-0031
  6. Vishal, M., Satyanarayanan, K. S. (2021). A review on research of fire-induced progressive collapse on structures. Journal of Structural Fire Engineering, 12(3), 410–425. https://doi.org/10.1108/JSFE-07-2020-0023
  7. Li, S., Jiaolei, Z., Zhao, D., Deng, L. (2021). Study on fire resistance of a prefabricated reinforced concrete frame structure. Journal of Structural Fire Engineering, 12(3), 363–376. https://doi.org/10.1108/JSFE-12-2020-0039
  8. Golovanov, V. I., Pekhotikov, A. V., Pavlov, V. V. (2021). Fire protection of steel and reinforced concrete structures of industrial buildings and structures. Bezopasnost’ Truda v Promyshlennosti, (9), 50–56. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2021-9-50-56.
  9. Poklonskiy, V., Krukovskiy, P., Novak, S. (2021). Raschet zhelezobetonnoy plity perekrytiya pri vozdeystvii povyshennykh temperatur pozhara. Naukoviy vіsnik: tsivіlniy zakhist ta pozhezhna bezpeka, 2(10), 69–82. https://doi.org/10.33269/nvcz.2020.2.69-82
  10. ENV 1993-1-2:2005. Eurocode 3, Design of steel structures, Part 1.2, general rules – Structural fire design.
  11. Kovalov, A., Otrosh, Y., Semkiv, O., Konoval, V., Сhernenko, O. (2020). Influence of the fire temperature regime on the fire-retardant ability of reinforced-concrete floors coating. In Materials Science Forum (1006 MSF, 87–92). Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.87
  12. Kovalov, A. I., Otrosh, Y. A., Kovalevska, T. M., Safronov, S. O. (2019). Methodology for assessment of the fire-resistant quality of reinforced-concrete floors protected by fire-retardant coatings. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 708. IOP Publishing Ltd. https://doi.org/10.1088/1757-899X/708/1/012058
  13. Kovalov, A., Yurii, O., Surianinov, M., Tatiana, K. (2019). Experimental and computer researches of ferroconcrete floor slabs at high-temperature influences. In Materials Science Forum. 968 MSF, 361–367. Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.968.361