VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Исследование природы пожара сложный, непрерывный процесс, требующий взаимоувязки множества параметров. Важнейшей составной частью научного исследования является эксперимент. Целью проведения экспериментальных исследований является получение эмпирически обоснованных значений параметров, характеристик и закономерностей процесса горения. Конечной целью является использование полученных данных для подтверждения применимости теоретических методов математического описания пожаров. При этом методика проведения измерительных процедур должна обеспечить достоверность полученных данных и максимально приблизить решение задачи к реальной картине пожара.

Проблема защиты людей от воздействия опасных факторов пожара приобретает все большую актуальность, что обусловлено опасностью получения травм и увечий, а также опасностью для жизни людей. Поэтому, в ходе исследования, была разработана методика проведения экспериментального исследования динамики температурного режима пожара в помещении в его начальной стадии.

В данном случае, измерительные процедуры предусматривают собой использование термочувствительных приборов, таких как термоэлектрические преобразователи (термопары), пирометры (фотоэлектрический, оптический, радиационный) или тепловизоры.

Термопары – очень удобные и широко известные приборы для измерения температуры поверхностей. Представляют собой две изолированных проволоки разного металла со спаянными с одной стороны концами, которые помещаются в определенную точку измерения. Вторые концы соединяются с милливольтметром и термометром, а сумма их показателей определяет фактическое значение температуры. Их отличительными особенностями можно назвать довольно низкую цену и огромный диапазон измеряемой температуры. Они позволяют зафиксировать температуру от -200 до +13000 градусов Цельсия.

К недостаткам применения термопары следует отнести:

• Необходимость в постоянном контроле температуры «холодного» контакта термопары. Это отличительная особенность конструкции измерительных приборов, в основе которых лежит термопара. Принцип действия данной схемы сужает область ее применения. Они могут быть использованы только в том случае, если температура окружающего воздуха ниже температуры в точке измерения.

• Нарушение внутренней структуры металлов, применяемых при изготовлении термопары. Дело в том, что в результате воздействия внешней окружающей среды контакты теряют свою однородность, что вызывает погрешности в получаемых температурных показателях.

• В процессе измерения контактная группа термопары обычно подвержена негативному влиянию окружающей среды, что вызывает нарушения в процессе работы. Это опять же требует герметизации контактов, что вызывает дополнительные затраты на обслуживание подобных датчиков.

• Существует опасность воздействия электромагнитных волн на термопару, конструкция которой предусматривает длинную контактную группу. Это также может сказаться на результатах измерений.

• В некоторых случаях встречается нарушение линейной зависимости между электрическим током, возникающим в термопаре, и температурой в месте измерения. Подобная ситуация требует калибровки контрольной аппаратуры.

Пирометры используются для бесконтактного измерения температуры поверхности твердого тела. Они фиксируют на расстоянии тепловое излучение, характеризующее фактическую температуру металла. В сложных условиях сверхвысоких показателей тепла бесконтактный способ идеален. На жидкокристаллический дисплей выводятся следующие данные:

• фактическая температура по Фаренгейту и Цельсию;

• пограничные температуры;

• заряд батареи.

Тепловизор — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее как цветная картинка, где разным температурам соответствуют разные цвета. Достоинств у тепловизоров много, а недостаток один – высокая стоимость.

Проведя анализ принципа работы, достоинств и недостатков вышеперечисленных измерительных приборов, было принято решение использовать инфракрасный пирометр.

Так как пирометр позволяет оценить температуру поверхности, возникла необходимость разработки методики, позволяющей посредством лазерного пирометра оценить температуру газовой среды. Данная методика предусматривает проведение измерительных процедур посредством пробника, который размещается в центре модельной установки, имитирующей помещение с сохранение масштаба, таким образом, чтобы измерялась только температура газовой среды, а лучистое тепло (пламя) не влияло на значение искомого параметра.

В результате проведенных экспериментов были получены следующие показания:

Рис. 1. Результаты экспериментального исследования динамики температурного режима пожара горючей жидкости

Результаты, полученные при исследовании динамики температуры пожара горючей жидкости, соответствуют реальной картине пожара. В течении первых 90 секунд горение жидкости обеспечивалось посредством воздействия источника зажигания и сопровождалось накоплением паров жидкости над поверхностью горения. В последующие 20 секунд произошла вспышка, то есть количество паров в смеси с воздухом достигло необходимой концентрации. Далее горение жидкости стабилизировалось и протекало без существенных изменений температуры.

Рис. 2. Результаты экспериментального исследования динамики температурного режима пожара древесины

Горение древесины происходило по иному сценарию, нежели горение жидкости. Повышение температуры газовой среды происходило при горении паров летучих веществ, выделяющихся из сгораемого материала при нагревании. При этом значение температуры оставалось неизменным в периоды выделения и накопления до необходимой концентрации летучих веществ.

Вывод:

С целью повышения эффективности методов проведения модельных экспериментов определения такого опасного фактора пожара, как температура газовой среды в помещении, разработан принципиально новый метод проведения измерений. Разработанный метод заключается в проведении измерительных процедур посредством использования термочувствительного пробника и лазерного пирометра. Пробник размещается в объеме помещения и имеет градуировочную шкалу, что позволяет оценить значение температуры газовой среды, а не ограждающих конструкций, с достаточной точностью на определенной высоте. Таким образом, данные, полученные посредством лазерного пирометра и пробника соответствуют реальной картине пожара, что позволяет сделать вывод о том, что используемый метод проведения измерительных процедур достаточно эффективен.

Библиографический список:

1. Математическая модель для определения критического времени эвакуации при пожаре//Колодяжный С.А., Козлов В.А., Переславцева И.И.//Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2014. № 3 (35). С. 128-138.

2. Экспериментальное исследование и моделирование динамики удельной массовой скорости выгорания жидкости в условиях функционирования противодымной вентиляции// Ситников И.В., Колодяжный С.А., Однолько А.А.// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2014. № 3 (35). С. 149-157.

3. Обеспечение безопасности функционирования систем газоснабжения при мониторинге технического состояния в условиях информационной неопределенности// Колодяжный С.А., Сушко Е.А., Сазонова С.А., Скляров К.А.// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2014. № 2 (34). С. 132-140.

4. Бухмиров В.В. Тепломассообмен: Лекции, Иваново, 2006 г.

5. Методика проведения экспериментального исследования динамики температуры газовой среды при пожаре // Паршина А.П., Паршин М.В., Мурзинов В.Л. // Новые технологии и проблемы технических наук Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. Инновационный центр развития образования и науки. г. Красноярск, 2014. С. 131-136.

Код для цитирования: Скопировать