ная вода может рассматриваться как вспомогательное средство для смягчения условий при пожаре, но не как средство подавления пожара. Для успешного подавления горения необходимо, чтобы размер капель был минимален, и они могли преодолеть конвективные тепловые потоки и радиационно-кондуктивный барьер, генерируемые пламенем. Малый размер капель необходим для повышения скорости испарения воды, в результате которого происходит интенсивное охлаждение и образование флегматизирующей среды водяного пара, что обеспечивает тушение пламени. В то же бремя уменьшение размера частиц затрудняет поддержание высоких скоростей капель и способствует более быстрому испарению капель в предпламенной зоне, что снижает эффективность пожаротушения распыленной водой. Анализ данных разных авторов показывает, что оптимальнsй диаметр капель для тушения различных материалов составляет 150 – 100 мкм.
Для доставки воды к горящему факелу с безопасных дистанций необходимо обеспечить высокие скорости на выходе из устройства тушения. Эта скорость должна учитывать потери при полете струи и обеспечивать необходимую скорость непосредственно перед факелом для преодоления конвективных потоков, а также «срывного» воздействия на факел. Суть «срывного» действия заключается в том, что с увеличением скорости потока равновесное положение фронта пламени сдвигается по потоку. Свежая паровоздушная горючая смесь по мере удаления претерпевает все более сильное разбавление за счет взаимной диффузии со сносящим потоком. Скорость горения такой смеси уменьшается пропорционально степени ее разбавления и при некоторой критической скорости потока, превышающей скорость горения, струя на мгновение прерывается, а пламя отбрасывается вверх и отрывается от нее.
Скорость отрыва пламени факела можно оценить по эмпирической формуле:
Vотр=100 3√d,
где d – начальный диаметр струи фонтана в метрах.
Анализ конкретных данных по изменению характера пламени при увеличении скорости горящей струи показывает, что срыв диффузионных пламен происходит в диапазоне скоростей 80-100 м/с. Очевидно, что указанные значения срывных скоростей с расстояний безопасного удаления (110-130 м) могут быть обеспечены при использовании высокоскоростных струй жидкости, генерируемых устройствами, аналогом которых является импульсный водомет (ИВ).
Схема проведения эксперимента
Для обоснования возможности тушения газовых факелов импульсными струями жидкости высокой скорости были проведены предварительные экспериментальные исследования, целью которых являлось определить принципиальную возможность тушения газовых фонтанов с помощью импульсного водомета, а также определить скорости, при которых происходит тушение факела.
Модель газового фонтана рассчитывалась по коэффициенту аэродинамического подобия, который характеризует процессы перемешивания газа с окружающей атмосферой, зависящие от напора и толщины газовой струи
где w0 – скорость истечения газа, м/с; g – ускорение свободного падения; d0 – диаметр скважины, м.
Моделирование газового факела проводилось для горения фонтанов с дебитом (1÷3)·106 м3/сут.
Диаметры скважины взяты из расчета использования стандартного бурового оборудования от 0,3 до 0,5 м. При масштабе моделирования по линейным размерам М 1:100 для модельного факела диаметры
насадок находятся в пределах (0,003÷0,005) м. Параметры модельных факелов для разных условий (дебита и диаметра скважины, ) представлены в табл. 5.
Таблица 5
В экспериментах использовалась модель газового факела, соответствующая усредненным параметрам.
На рис. 8 приведена схема проведения эксперимента. Здесь 1 – пороховой ИВ, 2 – импульсная струя, 3 – объект воздействия (газовый факел), 4 – измеритель скорости, 5 – блок лазеров, 6 – лучи лазеров.
Рис. 8 Схема проведения эксперимента
В экспериментах варьировалось расстояние от импульсного водомета до факела и величина порохового заряда, от которого зависит скорость импульсной струи жидкости. Расстояние от установки до факела измерялось рулеткой, а прицеливание осуществлялось при помощи специального лазерного прицела, который закреплялся на стволе импульсного водомета.
Схема порохового ИВ, при помощи которого проводились экспериментальные исследования, изображена на рис. 9 [14]. Ствол 4 порохового ИВ, который заканчивается коническим соплом 6 с коллиматором 7, заполнен водой 3. Пороховой заряд 2 отделен от водяного заряда 3 пыжом 8. Для упрочнения самый напряженный участок ствола укреплен бандажом 5, который посажен на ствол с заданным натягом. Пороховой заряд 2 в корпусе водомета зафиксирован затвором 9, внутри которого находится воспламенитель 1. В начальный момент срабатывает воспламенитель 1 и поджигает пороховой заряд 2. Пороховые газы, образующиеся при горении пороха, начинают выталкивать водяной 3 заряд через коническое сопло 6 в виде импульсной струи жидкости. Истечение струи жидкости начинается с небольшой скоростью, которая быстро возрастает по мере увеличения давления пороховых газов.
Рис.9 Пороховой импульсный водомет
Параметры порохового ИВ были рассчитаны теоретически по методике, изложенной в [12-14]. Движение жидкости описывалось уравнениями нестационарной газовой динамики в квазиодномерной постановке, горение пороха рассматривалось в квазистационарной постановке, характерной для задач внутренней баллистики ствольных орудий. Расчеты выполнены численно методами Годунова и Родионова. Ниже приведены некоторые результаты расчетов для порохового ИВ с параметрами: масса водяного заряда 450 г, диаметр сопла и струи 15 мм.
На рис. 10 приведены графики зависимости скорости истечения струи и давления внутри ИВ от времени для порохового заряда массой 30 г (штатный режим работы ИВ). Кривая 1 – скорость истечения, 2 – давление пороховых газов, 3 – давление воды в стволе ИВ.
Рис. 10 Зависимость скорости истечения струи и давления внутри порохового ИВ от времени
Как видно, истечение струи порохового ИВ начинается с нулевой скорости. По мере сгорания пороха скорость истечения быстро возрастает и достигает максимального значения 685 м/с через 1,5 мс сyачала выстрела. Порох сгорает позже, к моменту времени tg = 1,57 мс (на графике это отмечено пунктирной линией). Скорость истечения струи к этому времени немного уменьшается до 647 м/с. После сгорания пороха скорость истечения медленно уменьшается до 320 м/с. Истечение струи заканчивается к моменту времени t out = 5,2 мс выбросом малой порции воды пороховыми газами с более высокой скоростью.
Кривая 2 давления пороховых газов в ИВ имеет типичную форму, характерную для ствольных орудий. Максимальное давление пороховых газов достигает 275 МПа ко времени 0,95 мс. Затем давление пороховых газов монотонно убывает до 40 МПа в конце выстрела. Давление воды в стволе ИВ (кривая 3) не превышает давления пороховых газов и носит пульсирующий характер, который отражает волновые процессы внутри установки при выстреле, связанные с волнами сжатия и разрежения, которые отражаются от границы пороховых газов и среза сопла. Пульсации давления незначительные и мало влияют на скорость истечения импульсной струи. Давление жидкости в установке и скорость истечения струи очень хорошо согласуются с уравнением Бернулли для несжимаемой жидкости и стационарного процесса. Максимальная скорость истечения струи ИВ, рассчитанная по давлению жидкости внутри установки на этот момент, составляет 678 м/с, что отличается от точного расчета в нестационарной постановке для сжимаемой жидкости всего на 1%. Приведенные результаты расчетов показывают, что параметры порохового ИВ с достаточной точностью можно рассчитывать в более простой квазистационарной постановке без учета сжимаемости жидкости.
Скачать реферат