Методическое пособие 750

1 n

Из полученных в результате расчета КПП выберем минимальное время. Рассчитаем необходимое время эвакуации людей из рассматриваемого помещения:

Решение задач в среде MathCAD на основе моделирования динамики опасных факторов пожара в помещениях подробно рассмотрены в работах [2-4].

Литература

1.Кошмаров, Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении [Текст]: учеб.пособие / Ю.А. Кошмаров. - М.: 2000. - 118 с.

2.Михневич, И.В.Исследование влияния теплового воздействия на прочностные характеристики бетона [Текст] / И.В. Михневич, С.Д. Николенко // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2017.- № 3(47). - С. 43-51.

3.Сазонова, С.А. Расчет коэффициента теплопотерь на начальной стадии пожара с применением информационных технологий [Текст] / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко // Моделирование систем и процессов. - 2016. - Т. 9. - № 4. - С.

63-68.

4.Сазонова, С.А. Численное решение задач в сфере пожарной безопасности [Текст] / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко // Моделирование систем и процессов. - 2016. - Т. 9. - № 4. - С. 68-71.

5.Николенко, С.Д. Автоматизация расчетов по интегральной математической модели времени эвакуации людей при пожаре [Текст] / С.Д. Николенко, С.А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. - 2017. - Т. 10.- № 1. - С.

43-49.

«Воронежский государственный технический университет», Воронеж, Россия

S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, E.M. Loktev

CALCULATION OF THE TIME FOR EVACUATION OF PEOPLE DURING

A FIRE USING NUMERICAL METHODS

In calculations, an integral mathematical model of the fire at the initial stage of the fire is applied. In the mathcad environment, the critical duration of the fire was calculated using an analytical mathematical model for rooms with a small number of areas. The calculation of the time necessary for the evacuation of people from the premises

"Voronezh state technical University", Voronezh, Russia

211

УДК 614.837.2

А. А. Мифтахутдинова, С. О. Столяров, Г. К. Ивахнюк

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ В УСЛОВИЯХ СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

Целью настоящего исследования было установление условий стабилизации углеродных наночастиц в жидкостях, для обеспечения условий безопасной транспортировки ЛВЖ, на примере этанола. Установлено, что при возрастании концентрации MWCNT в жидкости наблюдается снижение ее удельного сопротивления на 48%. При электрофизическом воздействии рост значений удельного электросопротивления жидкости замедляется, что связано с более медленным процессом агломераций наночастиц при электрофизическом воздействии

Хранение, перекачка и перевозка являются основными технологическими операциями при транспорте легковоспламеняющихся жидкостей (далее ЛВЖ). Наиболее вероятными последствиями возникновения аварийных ситуаций при транспорте ЛВЖ является образование горючей среды в результате испарения жидкости при разгерметизации аппаратов и трубопроводов, воспламенение парогазовой смеси от различных источников зажигания, в том числе – разрядов статического электричества (далее СЭ).

Одним из основных направлений обеспечения пожарной безопасности технологических процессов, связанных с обращением углеводородных жидкостей, является соблюдение условий взрывозащиты в условиях опасных проявлений статического электричества (СЭ), связанных с электризацией жидкостей.

Одними из способов снижения пожарной опасности процессов транспорта ЛВЖ является разработка технических и технологических решений по изменению теплофизических и электрофизических свойств жидкостей путем безреагентной модификации [1], либо депонированием в базовую жидкость углеродных наноструктур [2, 3].

К способам стабилизации наножидкостей можно отнести применение по- верхностно-активных веществ, химическую функционализацию наноматериалов (обработка наноматериалов химическими реагентами), в том числе содержащих многослойные углеродные нанотрубки, а также электростатическую стабилизацию [4].

В качестве объектов исследования были выбраны углеродные наноматериалы, содержащие MWCNT (l=10…20 мкм, d=10…30 нм), которые были получены методом каталитического пиролиза на установке «CVDomna» [6]. В качестве базовой жидкости использовался этанол (ГОСТ 18300-87).

Наножидкости получены путем диспергирования наноматериалов с MWСNT в базовой жидкости (с концентрацией 0,5 и 1,0 масс. %) при воздействии источника ультразвука с частотой 100 кГц в течение 1 часа при температуре 40 °С. В ходе экспериментов отдельные образцы наноматериалов подвергались электрофизическому воздействию [5] с параметрами переменного частот- но-модулированного потенциала 56 В, 50 Гц. Осаждение MWCNT в наножидкостях наблюдалось в течение 240 минут. Можно отметить, что в наножидко-

212

стях при воздействии ПЧМП наблюдается меньшее количество крупных агломераций наноматериала, что характеризует данные жидкости, как более стабильные.

Рис. 1. Наножидкости с MWCNT в наножидкости через 240 мин. после диспергирования: а) 0,5 масс.% немодифицированные; б) 0,5 масс.% при воздействии ПЧМП; в) 1,0 масс.% немодифицированные; г) 1,0 масс.% при воздействии ПЧМП

Исследование зависимости электропроводности наножидкостей от условий стабилизации в ней наночастиц − многослойных углеродных нанотрубок (далее MWCNT) проводилось в измерительной ячейке тераомметра Е6-13А [7]. Предварительно подготовленную наножидкость помещали в измерительную ячейку, где проводили изменение ее удельного электросопротивления каждые 30 мин в течение 4 часов. По результатам измерений можно сделать вывод, что при возрастании концентрации MWCNT в жидкости наблюдается снижение ее удельного сопротивления на 48%. С течением времени значение удельного сопротивления наножидкости возрастает и становится сходным с базовой жидкостью в течение 2 час, что обусловлено оседанием частиц в жидкости. В условиях воздействия переменного частотно-модулированного потенциала (далее ПЧМП) происходит более медленный (до 3 час) рост значений удельного электросопротивления жидкости, что связано с более медленным процессом агломерации наночастиц при электрофизическом воздействии. Можно сделать вывод, что решающим фактором стабилизации наножидкости является наличие одноименного электрического заряда на поверхности наночастиц, что снижает процесс их агломерации [5].

Рис. 2. Зависимость удельного сопротивления наножидкости на основе этанола от времени стабилизации MWCNT, в условиях электрофизического воздействия

213

Наножидкости с MWCNT, полученными в условиях электрофизического воздействия, характеризуются более высокой стабильностью и пониженной (до 50 %) электропроводностью. Процесс агломерации наночастиц, приводящий к увеличению удельного сопротивления наножидкости, происходит медленнее при воздействии ПЧМП и составляет порядка 3 часов.

Применение углеродных наночастиц в качестве присадок для снижения интенсивности испарения жидкостей в сочетании с электрофизическим воздействием позволяет снизить пожарную опасность процессов хранения и транспортировки легковоспламеняющихся жидкостей. Выявленные временные ограничения сохранения свойств наножидкостей с заданными эксплуатационными характеристиками позволят обосновать применение технологических решений по дополнительной стабилизации наночастиц при транспортировке ЛВЖ.

Литература

1.Гарифулин Р.Р., Зыков А.В., Симонова М.А., Иванов А.В. Оценка воздействия электрофизической обработки на физико-химические свойства нефтепродуктов // Ecology and development of society № 1 (7) 2013. — С. 29.

2.Иванов А.В., Ивахнюк Г.К.Применение электрофизического метода управления процессами парообразования легковоспламеняющихся жидкостей в условиях модификации углеродными нанокомпонентами // Вестник СанктПетербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. — 2015. — № 3. — 9 с. URL: http://vestnik.igps.ru/wp-content/ uploads/V73/l.pdf (дата обращения: 28.04.2016).

3.Иванов А.В., Ивахнюк Г.К., Медведева Л.В. Методы управления свойствами углеводородных жидкостей в задачах обеспечения пожарной безопасности // Пожаровзрывобезопасность. — 2016. Т. 26, № 9. — С. 30-37. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.09.30-37.

4.Yu W., Xie H. A review on nanofluids: preparation, stability mechanisms, and applications //Journal of Nanomaterials. – 2012. – Т. 2012. – С. 1. DOI: 10.1155/2012/435873.

5.Патент РФ № 2479005. Способ и устройство управления физикохимическими процессами в веществе и на границе раздела фаз. [авторы: Ивахнюк Г.К. (RU), Матюхин В.Н. (RU), Клачков В.А. (RU), Шевченко А.О. (RU), Князев А.С. (RU), Ивахнюк К.Г. (RU), Иванов А.В. (RU), Родионов В.А. (RU), Опубликовано: 10.04.2013. Бюл. № 10 Федеральной службы по интеллектуальной собственности] URL: http://www.freepatent.ru/patents/2479005 (дата обращения: 10.06.2016).

6.Захарченко В.В., Крячко Н.И., Мажара Е.Ф., Севриков В.В., Гаврилен-

ко Н.Д. Электризация жидкостей и ее предотвращение. М., Химия, 1975. С. 128

7. Бобринецкий И.И. Технология производства углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // Химическая технология. – 2007. – № 2. – С. 58–62.

214

Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,г. Санкт-Петербург

A. A. Miftakhutdinova, S. O. Stolyarov, G. K. Ivakhnyuk

INVESTIGATION OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY IN CONDITIONS OF STABILIZATION OF HYDROCARBON NANOFLUIDS

The purpose of this study was to establish the conditions for the stabilization of carbon nanoparticles in fluids, to ensure safe transport conditions of flammable liquids, for example ethanol. It was found that when the MWCNT concentration increases in the liquid, its resistivity decreases by 48%. In the case of electrophysical influence, the growth of the specific resistivity of the liquid slows down, which is associated with a slower process of nanoparticle agglomerations under electrophysical influence

St.-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

УДК 614.849

Г. А. Сикорова, Ю. Д. Моторыгин, А. М. Конурбаев

СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ ПОСЛЕ ПОЖАРА

В работе предлагается для определения степени термического воздействия на стальные конструкции автомобиля после пожара использовать результаты совместного применения метода ультразвуковой дефектоскопии и измерения коэрцитивной силы. Такой подход позволит более эффективно выявлять зоны максимального термического повреждения холоднодеформированных стальных изделий при исследовании пожаров на транспорте

Конструкции из металлов и сплавов практически всегда присутствуют на месте пожара, кроме того, под воздействием тепла в них происходят существенные структурные превращения, приводящие к изменениям свойств, которые можно проследить с помощью линейки различных приборов, в том числе и портативных, позволяющих получать информацию на месте происшествия в реальном времени [1-3]. Большим изменением под воздействие высоких температур подвержены холоднодеформированные стальные изделия, к которым относятся крупные кузовные элементы автотранспорта. Сложность исследования таких объектов связана со сложной геометрией их поверхности, что затрудняет использование отдельных приборов. Например, при оценке степени теплового воздействия на стали используется изучение коэрцитивной силы, для правильной эксплуатации коэрцитиметра требуется плотное прилегание электродов. В случае деформированных поверхностей автомобиля это не всегда можно реализовать, что приводит к недостаточной достоверности получаемых результатов измерения. Для подтверждения получаемых данных необходимо комплексное применение нескольких приборов, что повысит правильность экспертных выводов. В составе комплексных методик уже опробовалось различное сочетание таких методов как магнитный анализ, вихретоковый анализ и исследование

215

микротвердости. Проведенные исследования показали, что сочетание магнитного метода с вихретоковым анализом малоэффективно, поскольку последний работает в довольно узком температурном диапазоне, кроме того при исследовании пожаров на транспорте сохранить слой окалин на поверхности и отличить его от остатков лакокрасочного покрытия довольно проблематично. Исследование возможности применения метода определения микротвердости показало, что в разных областях влияние температуры на данный параметр различно, сочетать получаемые данные с другими методами без привязки к конкретной марки стали и в отсутствии возможности предварительных лабораторных исследований не эффективно. Также в литературе встречаются методики, предлагающие использовать сочетание метода исследования коэрцитивной силы с элементным анализом поверхности стального изделия, в частности окрашенных крупногабаритных частей автомобилей [2-3]. Данное сочетание представляется эффективным, однако не во всех экспертных лабораториях, занимающихся исследованием пожаров имеются в арсенале портативные анализаторы, позволяющие проводить подобные исследования. Рассматривая инструментарий, имеющийся в распоряжении пожарно-технического эксперта в качестве одного из перспективных методов можно предложить ультразвуковую дефектоскопии, все судебно-экспертные учреждения МЧС России укомплектованы подобных оборудованием. Современные дефектоскопы отличаются высокой чувствительность, позволяющей точно оценивать характеристик прохождения ультразвуковых волн не только в бетонах и сварных соединениях, что расширяет возможности их применения в экспертизе пожаров. Применение дефектоскопов не зависит от геометрии поверхности, применение наклонных пьезоэлектрических преобразователей позволяет исследовать материал на расстоянии от интересующей области. Проводимые ранее исследования уже подтвердили возможность использование данного подхода при исследовании горячекатаных стальных изделий [2].

В работе в качестве объекта исследования был выбран капот автомобиля «ВАЗ 2106», в качестве методов исследования были выбраны акустический (ультразвуковой) и магнитный методы. Акустическое исследование проводилось с помощью ультразвукового дефектоскопа А1212 MASTER. Измерение коэрцитивной силы проводилось с помощью Коэрцитиметра КИМ-2М. Термическое воздействие на капот осуществлялось в условиях максимально приближенных к пожару, для чего создавалось пламенное горение на внутреннюю часть образца.

По полученным результатам исследования капота методом ультразвуковой дефектоскопии и их графической интерпретации, зоной подверженной наибольшему термическому воздействию является зона, совпадающая с расположение очага горения. В данной области находится зона с наименьшей скоростью прохождения ультразвуковой волны через объект исследования равной 5950-6000 м/с, следовательно, области, характеризующиеся минимальными значениями данного показателя, относятся к наиболее поврежденным при тер-

216

мическом воздействии. Разница скорости прохождения ультразвуковой волны в областях с минимальными и максимальными термическими повреждениями имеет существенное отличие. Для оценки воспроизводимости получаемых результатов в каждой точке снимали по 10 измерений, полученные результаты подтвердили значимость отличий скорости прохождения ультразвуковой волны в зонах, отличающихся степенью термического воздействия.

Метод исследования коэрцитивной силы в данном случае можно рассматривать как реперный, полученные с помощью него результаты полностью подтвердили данные полученные акустическим методом.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать совместное применение метода ультразвуковой дефектоскопии и измерения коэрцитивной силы для выявления зон максимального термического повреждения холоднодеформированных стальных изделий при исследовании пожаров на транспорте.

Литература

1.Пожарно-техническая экспертиза: Учебник / М.А. Галишев, Ю.Н. Бельшина, Ф.А. Дементьев и др. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014. – 352 с

2.Изучение возможности использования метода ультразвуковой дефектоскопии для исследования стальных изделий в целях пожарно-технической экспертизы / Сикорова Г.А. // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2016. Т. 2. № 1 (7). С. 323-325.

3.Эффективность применения портативных приборов при исследовании пожаров на автотранспорте / Сысоева Т.П., Бельшина Ю.Н. // Технологии техносферной безопасности. 2015. № 1 (59). С. 83-88.

4.Комплексная методика анализа окрашенных стальных элементов автомобиля на основе полевых методов исследования / Сысоева Т.П., Бельшина Ю.Н., Галишев М.А. // Научно-аналитический журнал Вестник СанктПетербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2015. № 1. С. 53-61.

Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, г. Санкт-Петербург, Россия

G. A. Sikorova, Y. D. Motorygin, A. M. Konurbayev

METHOD OF ESTIMATION OF THE DEGREE OF THERMAL IMPACT ON

STEEL CONSTRUCTIONS OF THE CAR AFTER FIRE

The paper proposes to use the results of joint application of the ultrasonic flaw detection method and coercive force measurement to determine the degree of thermal impact on the car's steel structures after a fire. This approach will make it possible to more effectively identify zones of maximum thermal damage to cold-deformed steel products in the study of fires in transport

St.-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

217

УДК 614.849

Е. В. Наймушин, М. А. Большаков, Ф. А. Дементьев

ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПОЖАРОВ

НА ЗАКРЫТЫХ АВТОСТОЯНКАХ

С помощью программы PyroSim проведено моделирование пожара на закрытой парковке. В качестве сценария развития горения была выбрана ситуация поджога автомобиля с помощью мощного источника зажигания со стороны, прилегающей к стене парковки. Полученные результаты позволяют предположить эффективность исследования изменений свойств материалов конструкционных элементов для определения зоны максимального нагрева, что может использоваться при выявлении очага пожара

Одной из основных задач судебной пожарно-технической экспертизы является определение очага пожара, в последнее время для решения данной задачи широко применяются расчетные методы с использованием пакета программ для математического моделирования пожаров. Моделирование развития пожара позволяет выявить наиболее вероятный сценарий развития событий. Особенно это актуально для исследования объектов, сочетающих сосредоточение значительной горючей нагрузки с большими объемами, например, закрытых автостоянках. В различных средствах массовой информации постоянно появляются сообщения о пожарах на таких объектах. Моделирование различных ситуаций, связанных с пожарами на закрытых автостоянках необходимо не только при реконструкции пожаров на них при проведении пожарно-технической экспертизы, но и необходимо при оценке пожарной опасности [1].

В настоящее время при использовании программных продуктов, позволяющих рассчитать значения локальных параметров состояния во всех точках пространства внутри помещения при пожаре, не предусмотрено детальное рассмотрение распределения горючих материалов. Обычно при моделировании используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку автомобиля. Тем не менее использование такого подхода позволяет получить информацию о динамике нарастания опасных факторов пожара [1,3].

Целью данного исследования стало моделирование развития пожара на закрытой автостоянке с помощью программного продукта Pyrosim для оценки теплового воздействия на строительные конструкции.

Методики установления очага пожара должны основываться на всей совокупности информации об исследуемом объекте, включая все возможные данные об изменении свойств элементов вещной обстановки под воздействие температуры пожара. Особенно это важно при расследовании пожаров сложных объектов, на которых большое количество пожарной нагрузки сопряжено с многочисленными потенциальными источниками горения. Одним из возможных примеров подобных объектов экспертных исследования является массовое горение автотранспортных средств на автостоянках различного типа. Как показывает практика,

218

сложность исследования таких объектов заключается в поиске очага пожара, среди множественных очагов горения, которые могут располагаться как внутри автотранспортного средства, так и вне его [1, 6].

Для решения такой сложной задачи специалист не может брать во внимание только те данные, которые он получает при исследовании транспортных средств, должна учитываться информации получаемая при исследовании всех элементов вещной обстановки, например, конструкционные элементы автостоянок, находящиеся в непосредственной близости к повреждённым огнем автомобилей.

Для создания комплексных методик в первую очередь необходимо провести эксперименты, демонстрирующие развитие пожара в определенных условиях. В случае пожаров на автостоянках трудно провести реальные натурные эксперименты, поэтому имеет смысл использовать специальные программные продукты, позволяющие проследить динамику нарастания опасных факторов пожара. Конечно, при моделировании используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку, тем не менее с помощью создаваемых моделей можно проследить как распространялось бы горения при заданных условиях [1, 5, 6].

Обязательным условием возникновения процесса горения является присутствие в системе трех компонентов: горючего вещества, окислителя и источника зажигания (инициирования горения). При рассмотрении пожара в целом, возникает необходимость учесть условия, предшествовавшие пожару, а также определить условия распространения пожара, временные характеристики и рассчитать параметры пожара (линейные размеры, условия воздухообмена и др.).

Математическая модель пожара описывает в самом общем виде изменение параметров состояния среды в помещении в течение времени, а также изменение параметров состояния ограждающих конструкций этого помещения и различных элементов технологического оборудования.

Основные уравнения, из которых состоит математическая модель пожара, вытекают из фундаментальных законов природы - первого закона термодинамики, закона сохранения массы и закона сохранения импульса. Эти уравнения отражают и увязывают всю совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, присущих пожару. К ним относятся: тепловыделение в результате горения, дымовыделение в пламенной зоне, изменение оптических свойств газовой среды, выделение и распространение токсичных газов, газообмен помещения с окружающей средой и со смежными помещениями, теплообмен и нагревание ограждающих конструкций, снижение концентрации кислорода в помещении.

Методы прогнозирования ОФП различают в зависимости от вида математической модели пожара. Математические модели пожара в помещении условно делятся на три класса (три вида): интегральные, зонные, полевые (дифференциальные) [1, 6].

Перечисленные модели отличаются друг от друга объемом той информации, которую они могут дать о состоянии газовой среды в помещении и взаи-

219

модействующих с нею конструкций на разных этапах (стадиях) пожара. В этом отношении наиболее детальные сведения можно получить с помощью полевой модели [2-4].

В качестве программного средства для проведения расчетов с помощью полевого моделирования может быть использован пакет FDS (Fire Dynamics

Simulator).

Для прогнозирования возникновения и развития горения на конкретном объекте необходимо располагать информацией о свойствах конструкционных и отделочных материалов, состоянии окружающей среды, геометрических характеристиках объекта и др. Кроме того, при осуществлении расчетов необходимо задать местонахождение предполагаемого очага пожара и характеристики гипотетического источника зажигания.

При прогнозировании возникновения и развития горения на автостоянках в настоящее время используется некоторая усредненная утрированная модель, характеризующая среднюю пожарную нагрузку автомобиля, что не позволяет считать получаемые результаты достоверными, поскольку современные автомобили значительно различаются габаритными размерами, массой, объемом бака, наличием и местом расположения различных горючих материалов.

Реконструкция динамики пожара с помощью полевого моделирования не отразит в точности того, что происходило при пожаре. Но, чем точнее будут заданы данные, тем ближе реконструируемый сценарий пожара будет приближен к реальности.

Также следует указать, что вследствие необходимости сбора большого количества исходных данных, сложности и длительного времени расчета, применение FDS для определения очага пожара может иметь практический смысл только для пожаров на сложных объектах, а также на пожарах с гибелью людей для установления обстоятельств их гибели, либо на пожарах, сопровождающихся крупным материальным ущербом.

Сценарий пожара включает в себя определение границ исследуемого объекта, определение распределения пожарной нагрузки по объекту и последовательность событий при пожаре, о которых имеются соответствующие данные (расположение очага пожара, срабатывание систем пожаротушения, дымоудаления, открытие (закрытие) окон, дверей и т.д.). Другими словами, определяется, что будет гореть, где будет гореть и что при этом будет происходить [5, 6].

Распределение пожарной нагрузки задается исходя из имеющихся данных о конструкциях и изделиях, которые располагались внутри исследуемой области (помещения, здания).

После того, как сформулирован сценарий пожара, можно приступать непосредственно к работе по реконструкции развития пожара [3, 5]. Математическая модель была выполнена в программе Pyrosim. PyroSim — это пользовательский интерфейс для программы FDS.

С помощью данного программного продукта была поставлена задача моделирования распространение дыма, температуры, угарного газа и других опасных

220