Особливості процесу заповнення водою ствола установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії

Дубінін Дмитро Петрович

Національний університет цивільного захисту України

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

Коритченко Костянтин Володимирович

Національний технічний університет

«Харківський політехнічний інститут»

http://orcid.org/0000-0002-1005-7778

Криворучко Євген Миколайович

Національний університет цивільного захисту України

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

Рагімов Сергій Юсубович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-8639-3348

Тригуб Володимир Віталійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5370-1340

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-5

Ключові слова: установка пожежогасіння, дрібнорозпилені водяні струмені, математична модель, чисельні дослідження

Анотація

Проведені дослідження, які дозволили виявити особливості процесу заповнення водою ствола установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії. При цьому обґрунтовано та запропоновано математичну модель для моделювання процесів нагнітання води у трубу з подальшим подрібненням води ударною хвилею. Для моделювання процесів нагнітання води та подрібненням води у стволі установки застосовано VOF-модель (модель об’єму рідини), за якою проникнення одного середовища у інше відсутнє, та яка базується на методі відстежування поверхні, що застосовується до фіксованої ейлеревої сітці. На підставі розробленої математичної моделі у програмному середовищі ANSYS проведені чисельні дослідження процесу заповнення водою ствола установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії. За результатами чисельного дослідження процесу заповнення ствола установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії водою виявлено порівняно високу інерцію у часі процесів впорскування води по відношенню до газодетонаційних процесів, що відбуваються в установці пожежогасіння періодично-імпульсної дії. Зокрема, інтервал часу між циклами детонації в установці, що працює на частоті 23 Гц, складає близько 43,5 мс. Якщо відкинути цикл продувки, то маємо інтервал часу у 21 мс, за який необхідно вприснути воду у ствол установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії. За результатами наведених досліджень маємо, що тільки час розповсюдження цівки води з однієї до іншої сторони ствола установки пожежогасіння періодично-імпульсної дії складає 8 мс. Проведені дослідження дають змогу дослідити вплив параметрів роботи установки пожежогасіння на формування дрібнорозпиленого водяного струменя, а отримані результати значно підвищать рівень оперативної готовності особового складу пожежно-рятувальних підрозділів під час проведення оперативних дій з гасіння внутрішніх пожеж.

Посилання

1. 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
2. Liu Y., Wang X., Liu T., Ma J., Li G., Zhao Z. Preliminary study on extinguishing shielded fire with water mist. Process Safety and Environmental Protection. 2020. 141. Р. 344–354. doi: 10.1016/j.psep.2020.05.043
3. Дубінін Д. П., Коритченко К. В., Криворучко Є. М., Думчикова Д. М. Експериментальне дослідження методу гасіння пожежі водяним аерозолем у приміщеннях складної конфігурації. Проблеми пожежної безпеки. 2019. № 46. С. 47–53. URL: https://nuczu.edu.ua/images/topmenu/science/zbirky-naukovykh-prats-ppb/ppb46/Dubinin.pdf
4. Dubinin D., Korytchenko K., Lisnyak A., Hrytsyna I., Trigub V. Improving the installation for fire extinguishing with finely-dispersed water. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. 2/10(92). Р. 8–43. doi: 10.15587/1729-4061.2018.127865
5. Korytchenko K., Sakun O., Dubinin D., Khilko Y., Slepuzhnikov E., Nikorchuk A., Tsebriuk I. Experimental investigation of the fire-extinguishing system with a gasdetonation charge for fluid acceleration. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. 3/5(93). Р. 47–54. doi: 10.15587/1729-4061.2018.134193
6. Rodriguez V., Jourdan G., Marty A., Allou A., Parisse J.-D. Planar shock wave sliding over a water layer. Experiments in Fluids. 2016. 57. Р. 125. doi: 10.1007/s00348-016-2217-6
7. Stefanski K., Lewandowski D., Dygdala R., Kaczorowski M., Ingwer-Żabowska M., Smigielski G., Papliński, A. Explosive Formation and Spreading of Water-Spray Cloud – Experimental Development and Model Analyses. Central European Journal of Energetic Materials. 2009. 6. Р. 291–302. URL: https://www.researchgate.net/publication/228375439.
8. Liu J.-Y., Liang D., Zhao Z., Dong W.-L. Progress in Research and Application of Electronic Ultrasonic Water Mist Fire Suppression Technology. Procedia Engineering. 2011. 11. Р. 288–295. doi: 10.1016/j.proeng.2011.04.659
9. Xiang G., Wang, B. Numerical study of a planar shock interacting with a cylindrical water column embedded with an air cavity. Journal of Fluid Mechanics. 2017. 825. Р. 825–852. doi: 10.1017/jfm.2017.403
10. Xu Y., Zhang, H. Interactions between a propagating detonation wave and circular water cloud in hydrogen/air mixture. Combustion and Flame. 2022. 245. Р. 112369. doi: 48550/arXiv.2206.02312
11. URL: https://dl.cfdexperts.net/cfd_resources/Ansys_Documentation/Fluent/Ansys_Fluent_Theory_Guide.pdf
12. Parham K., Esmaeilzadeh E., Atikol U., Aldabbagh L. B. Y. A numerical study of turbulent opposed impinging jets issuing from triangular nozzles with different geometries. Heat Mass Transfer. 2011. 47. Р. 427–437. doi: 10.1007/s00231-010-0741-0

Модель дифракції електромагнітних хвиль на вибухонебезпечних предметах

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

Карпов Артем Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

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

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/10.52363/2524-0226-2023-38-3

Ключові слова: рівень цивільного захисту територій, вибухонебезпечні речовини, електромагнітні хвилі, відбивання, поглинання, дифракція

Анотація

Запропоновано модель дифракції електромагнітних хвиль на вибухонебезпечному предметі без металевих конструкційних елементів. Проаналізовані властивості речовин найбільш розповсюджених протипіхотних мін та встановлено, що їх оболонка є діелектричною, а безпосередньо вибухові речовини поділяються на дві групи в залежності від їх дипольного моменту. Зокрема вибухові речовини гексоген, пентаеритріттетранітрат та фульмінатом ртуті є речовинами з нульовим дипольним моментом й за електромагнітними властивостями відносяться до ідеальних діелектриків. Вибухові речовини тринітротолуол, тетрил, тринітрорезорцинату свинцю та азид свинцю слід розглядати як діелектрики з малими втратами. Побудовано електродинамічну модель для розрахунку коефіцієнту відбивання та коефіцієнту проходження електромагнітних плоских хвиль надвисокочастотного діапазону крізь багатошарову структуру вибухонебезпечного предмету. Для визначення еквівалентного хвильового опору багатошарової структури вибухонебезпечного предмету запропоновано використання теорії довгих ліній. Встановлено, що для випромінювання надвисокочастотного діапазону шарами корпусу вибухонебезпечних предметів із діелектричних речовинами можна нехтувати внаслідок їх малої товщини. За результатами проведених розрахунків встановлено ступінь ослаблення енергії електромагнітних хвиль у товщі вибухової речовини та показано, що більшість протипіхотних мін має низький коефіцієнт відбивання, що ускладнює їх виявлення. Однак, при цьому збільшується кількість енергії, що проходить у глибину вибухової речовини. Показано, що вибухонебезпечні предмети із дипольними вибуховими речовинами здатні до поглинання енергії електромагнітного випромінювання. Отримані результати дозволяють якісно оцінити схильність вибухових речовин до їх дистанційного знешкодження внаслідок опромінення електромагнітним випромінюванням надвисокочастотного діапазону.

Посилання

1. Іщенко А. В., Кобець М. В. Засоби і методи виявлення вибухових речовин та пристроїв у боротьбі з тероризмом. Національна академія внутрішніх справ України. 2005, 146 c. URL: http://elar.naiau.kiev.ua/bitstream/123456789/18996/1/
   Kobets%20M.V.%20Zasoby%20i%20metody%20vyaiyvlenaiy%20VP.pdf
2. Yoo L. S., Lee J. H., Lee Y. K., Jung S. K., Choi Y. Application of a drone magnetometer system to military mine detection in the demilitarized zone. Sensors. 2021. Vol. 21(9). P. 3175. doi: 3390/s21093175
3. Фірман В. М., Сеник В. В., Білінський Б. О. Виявлення вибухових пристроїв шляхом детектування парів і часток вибухових речовин та особиста безпека персоналу. Пожежна безпека. 2019. Том 8. С. 30–32. URL: https://journal.
   ldubgd.edu.ua/index.php/PB/issue/archive
4. Kagan, Jimmie C. O. Counterterrorist Detection Techniques of Explosives, Second Edition. 2022. P. 429. URL: https://www.elsevier.com/book-and-jurnals
5. Clifford, Ing H., McFee J., Cousins T. High rate counting electronics for a thermal neutron analysis land mine detector. Proc. SPIE 3769. Penetrating Radiation Systems and Applications. (1 October 1999). doi: 10.1117/12.363677.
6. Gaft M., Nagli L. UV gated Raman spectroscopy for standoff detection of explosives. Optical materials. 2008. Vol. 30(11). P. 1739–1746. doi:1016/
   j.optmat.2007.11.013
7. Sun W., Liu S., Wang M., Zhang X., Shang K., Liu Q. Soil copper concentration map in mining area generated from AHSI remote sensing imagery. Science of The Total Environment. 2023. Vol.860. P. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.160511
8. Horvath T. Emergency Cases at Countering Improvised Explosive Devices (C-IED), and their Potential Management. Land Forces Academy Review. 2019. Vol.24(2). 95–106. URL: https://www.armyacademy.ro/reviste/rev2_2019/
   Horvath_ RAFT_2_2019.pdf
9. Kabessa Y., Eyal O., Bar-On O., Korouma V., Yagur-Kroll S., Belkin S., Agranat A. J. Standoff detection of explosives and buried landmines using fluorescent bacterial sensor cells. Biosensors and Bioelectronics. 2016. Vol.79. P. 784–788. doi: 10.1016/j.bios.2016.01.011
10. Shimoi N., Takita Y. Remote mine sensing technology using a mobile wheeled robot rat-1. In ICCAS. 2010. P. 622–626. doi: 10.1109/ICCAS.2010.5669836
11. Wynn C. M., Palmacci S., Kunz R. R., Rothschild M. A novel method for remotely detecting trace explosives. Lincoln Laboratory Journal. 2008. Vol.17(2).  27–39. URL: https://www.ll.mit.edu/sites/default/files/publication/doc/novel-method-remotely-detecting-trace-wynn-ja-14525.pdf
12. Kustov М., Karpov A. Sensitivity of explosive materials to the action of electromagnetic fields. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2023. № 1(37). C. 4–17. doi: 10.52363/2524-0226-2023-37-1
13. Kolcunová I., Pavlík M., Beňa L., Čonka Z., Ilenin S., Kanálik M., Zbojovský J. Influence of electromagnetic shield on the high frequency electromagnetic field penetration through the building material. Acta Physica Polonica A. 2017. Vol. 131(4). P. 1135-1137. doi: 10.12693/APhysPolA.131.1135
14. Rahmani-Andebili M. Problems: Transmission Line Model and Performance. In: Power System Analysis. Springer, Cham. 2022. Р. 53–57. doi: 10.1007/978-3-030-84767-8_5

Особливості визначення часу евакуації людей з будівель при пожежі

Шахов Станіслав Михайлович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-9161-1696

Виноградов Станіслав Андрійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-2569-5489

Рибка Євгеній Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

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

Гарбуз Сергій Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-6345-6214

Остапов Костянтин Михайлович

Національний університет цивільного захисту України

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

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-4

Ключові слова: евакуація, системи оповіщення, небезпечні чинники пожежі, заклади освіти, PathFinder, PyroSim

Анотація

Об’єктом дослідження є безпечний час евакуації людей при пожежі з типового закладу середньої освіти. Вирішувалась проблема, що полягала у невідповідності кількісної оцінки «часу до початку евакуювання» викладеної у ДСТУ 8828:2019, що регулюється вимогами ДБН В.2.5-56:2014, умовам сьогодення, при визначенні безпечного часу евакуації з будівель та споруд. Завдяки отриманим результатам виявлено особливості, що повноцінно визначають залежність взаємозв’язку між часом початку евакуації та системами оповіщення на прикладі типового закладу середньої освіти. Визначено час евакуації згідно з ДСТУ 8828:2019 із урахуванням вимог ДБН В.2.5-56:2014. Загальний час евакуації із будівлі склав 687 с. Визначено час блокування шляхів евакуації та евакуаційних виходів небезпечними чинниками пожежі. Результати зафіксованої температури не перевищили 46 ^оС, значення густини кисню не зафіксовано нижче ніж ≥ 0,226 кг/м³, густина чадного газу не більше ≤1,16·10^-3 кг/м³ протягом загального часу евакуації, що задовольняє вимогам пожежної безпеки. Результати зафіксованої видимості перевищують гранично допустимі значення. Таким чином шлях до евакуаційного виходу № 1 використовуючи сходову клітину № 1 відбувається через двері № 7. Рух через ці двері триває протягом 531 с, отже на момент проходження останньої особи через сходову клітину та двері № 7 видимість складає вже ≤6 м. Отже евакуація через сходову клітину № 1 небезпечна. Окрім того, остання особа проходить через двері евакуаційного виходу № 1 на 550 с, де значення видимості становить ≤9 м, що теж є перевищенням гранично допустимих значень, відповідно до вимог. Завдяки проведеному дослідженню виявлено, що є доцільним внесення змін щодо забезпечення закладів середньої освіти системам оповіщення іншого типу, або нормування «часу початку евакуації» у методиці.

Посилання

1. Ковалишин В.В., Оношко І. В. Аналіз методології оцінювання пожежних ризиків. Пожежна безпека. 2022. № 41. С. 94–102. doi: 10.32447/20786662.41.2022.11
2. SFPE Guide to Human Behavior in Fire. Springer International Publishing. 2019. doi: 10.1007/978-3-319-94697-9
3. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Springer New York. 2016. doi: 10.1007/978-1-4939-2565-0
4. Hui Z., Hao-cheng L. Simulation of Evacuation in Crowded Places Based on BIM and Pathfinder. J. Phys. 2021. Conf. Ser. 1880 012010. Р. 1–10. doi: 10.1088/
   1742-6596/1880/1/012010
5. Jiuju L., Shuhan L. Pathfinder-Based Simulation and Optimization of Evacuation of Large Commercial Complexes. Journal of Building Construction and Planning Research. 2023. Vol. 11(2). P. 27–35. doi: 10.4236/jbcpr.2023.112002
6. Hui Z. Evacuation Simulation of Large Theater Based on Pyrosim and Pathfinder. J. Phys. 2022. Conf. Ser. 2289 012017. P. 1–8. doi: 10.1088/1742-6596/2289/1/012017
7. Xinfeng L., Xueqin Z., Bo L. Numerical simulation of dormitory building fire and personnel escape based on Pyrosim and Pathfinder, Journal of the Chinese Institute of Engineers. 2017. Vol. 40(3). P. 257–266. doi: 10.1080/02533839.2017.1300072
8. Ming-xin L., Shun-bing Z., Jing-hong W., Zheng Z. Researchon Fire Safety Evacuationina University Libraryin Nanjing. Procedia Engineering. 2018. Vol. 211. P 372–378. doi: 10.1016/j.proeng.2017.12.025
9. Mufeng X., Xihua Z., Xinxin P., Yanan W. Simulation of emergency evacuation from construction site of prefabricated buildings. Scientifc Reports. 2022. 12:2732. P. 1–18. doi: 10.1038/s41598-022-06211-w
10. Liu Q., Zhao D., Yang H. Research on emergency evacuation of workshop based on PyroSim and Pathfinder. Fire Science and Technology. 2020. Vol. 39(7). P. 927–930. URL: https://www.xfkj.com.cn/EN/Y2020/V39/I7/927
11. Heng H., Zhang S., Zhu J., Zhu Z. Evacuation in Buildings Based on BIM: Taking a Fire in a University Library as an Example. Int. J. Environ. Res. Public Health.2022. Vol. 19(3). P. 23–32. doi: 10.3390/ijerph192316254
12. Кошмаров Ю. А. Прогнозування небезпечних чинників пожежі, 2000. 118 с.

Обґрунтування необхідності створення робото-технічних комплексів для гуманітарного розмінування

Невлюдов Ігор Шакірович

Харківський національний університет радіоелектроніки

http://orcid.org/0000-0002-9837-2309

Янушкевич Дмитро Анатолійович

Харківський національний університет радіоелектроніки

http://orcid.org/0000-0003-3684-518X

Толкунов Ігор Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-5129-3120

Попов Іван Іванович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4705-4404

Іванець Григорій Володимирович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-4906-5265

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-38-2

Ключові слова: гуманітарне розмінування, робото-технічний комплекс, нетехнічне та технічне обстеження територій, вибухонебезпечний предмет

Анотація

Проведено дослідження робото-технічних комплексів військового, спеціального або подвійного призначення, які застосовуються у системі гуманітарного розмінування. Визначено, що система гуманітарного розмінування передбачає виконання наступних завдань: обстеження об’єктів та місцевості, забруднених вибухонебезпечними предметами; їх пошук, дистанційна ідентифікація, знешкодження та знищення; картографування та маркування небезпечних територій тощо. У зв’язку з цим доведено, що для проведення гуманітарного розмінування доцільним буде використання робото-технічних комплексів спеціального призначення, які повинні бути оснащеними маніпуляторами та детекторами (сенсорами, датчиками), засобами прийняття рішень на всіх етапах виконання робіт. Розроблено математичну модель і керуючий алгоритм щодо очищення від вибухонебезпечних предметів території бойових дій з використанням робото-технічних комплексів, які реалізують принцип комплексного підходу до вирішення проблеми очищення територій України. Запропонована математична модель уявляє собою сукупність об’єднання взаємозв’язаних моделей: оцінки термінів вирішення проблеми очищення від вибухонебезпечних предметів території бойових дій, загальної кількості особового складу та технічного оснащення підрозділів для виконання поставлених завдань. За результатами дослідження запропоновано рекомендації щодо використання сучасних робото-технічних комплексів у гуманітарному розмінуванні та встановлено, що для підвищення ефективності виявлення вибухонебезпечних предметів доцільне комплексне використання різних методів пошуку в одному робото-технічному комплексі. Одним з найбільш перспективних методів є застосування комбінації електромагнітного, оптичного та механічного методів, а також розробка комплексів, здатних здійснювати пошук, знешкодження та знищення вибухонебезпечних предметів не тільки на поверхні ґрунту, але і на певній глибині.

Посилання

1. Tarhan M. Invisible Death: Antipersonnel mines continue to claim thousands of lives.Anadolu agency. URL: https://bit.ly/352MG61
2. Manjula Udayanga Hemapala. Robots for Humanitarian Demining. Submitted: 25th October, 2016; Reviewed: 29th June, 2017; Published: 20th December, 2017. doi: 10.5772/intechopen.70246
3. Florez J., Parra C. Review of sensors used in robotics for humanitarian demining application. Colombian Conference on Robotics and Automation (CCRA); 29–30 September, 2016. Bogota: IEEE, 2016. P.1-6
4. Koppetch K. Mechanical Demining Equipment Catalogue [Internet]. Geneva: GICHD. 2019. URL: http://www.eudem.vub.ac.be/publications/publication.asp?pub_id=14
5. Trevelyan J., Hamel W.R., Kang S.C. Robotics in hazardous applications. Springer Handbook of Robotics. Springer International Publishing. London: 2016. P.1521–
6. Cepolinaa E., Bruschini C., De Bruyn K. Providing demining technology end-users need. In: Proceeding of the IARP International workshop on Robotics and Mechanical Assistance in Humanitarian Demining (HUDEM2005). Tokyo Denki University, 21–23 June, 2005. Tokyo, Japan: 2005. Р.9– URL: https://www.gichd.org/fileadmin/pdf/LIMA/HUDEM2005.pdf
7. Струтинський В. Б., Юрчишин О. Я. , Кравець О. М. Розвиток основних положень проектування маніпуляторів мобільних роботів спеціального призначення адаптованих для роботи з небезпечними об’єктами. Матеріали XXII міжнародної НТК «Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта». Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2021. С. 129–131. URL: http://conf.mmi.kpi.ua/proc/article/view/239152
8. Furuta K., Ishikawa J. Anti-personnel Landmine Detection for Humanitarian Demining. London: Springer, 2009. URL: https://commons.lib.jmu.edu/cgi/ viewcontent.cgi?article=1483&context=cisr-journal
9. Kasban H., Zahran O., Sayed M. Elaraby, M. El-Kordy, F. E. Abd El-Samie. A Comparative Study of Landmine Detection Techniques. An International Journal Sensing and Imaging. 2010. Vol. 11. Р. 89–112. URL: https://www.researchgate.net/publication/225752842_A_Comparative_Study_of_Landmine_Detection_Techniques
10. Янушкевич Д. А., Іванов Л. С. Роботизовані засоби спеціального призначення: аналіз міжнародних нормативних документів. Виробництво & Мехатронні Системи 2021. Матеріали V Міжнародної конференції. Харків, ХНУРЕ. 2021. С. 176–179. URL: https://nure.ua/wp-content/uploads/2021/M&MS-2021/zbirnik-_m-ms_2021.pdf
11. Янушкевич Д. А., Іванов Л. С. Сучасні тенденції застосування роботизованих систем для гуманітарного розмінування. Збірник матеріалів ІIІ форуму «Автоматизація, електроніка та робототехніка. Стратегії розвитку та інноваційні технології» AERT-2021. URL: https://mts.nure.ua/conferences-ua/forum/aert-2021
12. Freese M., Matsuzawa T., Oishi Y., Debenest P., Takita K., Fukushima E.F., Hirose S. Robotics-assisted demining with gryphon. Advanced Robotics. 01 January, 2007. Tokyo, Japan. 2007. 21(15). Р. 1763–1786. URL: https://ru.booksc.eu/book/36010951/4c0f48TALON Small Mobile Robot URL: https://www.globalsecurity.org/military/
    systems/ground/talon.htm
13. Foster-Miller unveils TALON robot that detects chemicals, gases, radiation and heat. URL: https://bit.ly/3FrZ1Rm
14. Dragon Runner 6×6. URL: https://bit.ly/3xsWxQ2
15. Warrior 710. URL: http://www.army-guide.com/rus/ product4994.html
16. Наземні бойові роботи: лідери та Україна. URL: https://lb.ua/news/2021/11/17/498795_nazemni_boyovi_roboti_lideri.html