СРЕДНЕМАСШТАБНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ГОРЯЩИХ ЧАСТИЦ С МАТЕРИАЛАМИ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Горящие и тлеющие частицы как один из поражающих факторов при
пожаре: основные понятия и актуальность исследования 7
1.1. Факторы возникновения и последствия пожаров 7
1.2. Генерация и перенос частиц 10
1.3. Экспериментальные исследования взаимодействия горящих и
тлеющих частиц и строительных материалов: первые наработки и современные исследования 12
1.4. Эксперименты с мульчей внутри дома в угловой сборке 25
1.5. Исследование мульчи с ограждением 26
1.6. Сборка настила с входным углом 27
1.7. Результаты с мульчей 27
1.8. Изучение поведения горящих частиц при взаимодействии снапольными конструктивными элементами (на примере модели террасы) 32
1.9. Влияние размера слоя мульчи на уязвимость к воспламенению 34
1.10. Моделирование взаимодействия частиц и конструктивных элементов
зданий в контролируемых условиях 36
1.12. Результат воздействия тлеющих частиц и потенциал воспламенения строительных материалов 40
Список литературы 66
1. Горящие и тлеющие частицы как один из поражающих факторов при
пожаре: основные понятия и актуальность исследования 7
1.1. Факторы возникновения и последствия пожаров 7
1.2. Генерация и перенос частиц 10
1.3. Экспериментальные исследования взаимодействия горящих и
тлеющих частиц и строительных материалов: первые наработки и современные исследования 12
1.4. Эксперименты с мульчей внутри дома в угловой сборке 25
1.5. Исследование мульчи с ограждением 26
1.6. Сборка настила с входным углом 27
1.7. Результаты с мульчей 27
1.8. Изучение поведения горящих частиц при взаимодействии снапольными конструктивными элементами (на примере модели террасы) 32
1.9. Влияние размера слоя мульчи на уязвимость к воспламенению 34
1.10. Моделирование взаимодействия частиц и конструктивных элементов
зданий в контролируемых условиях 36
1.12. Результат воздействия тлеющих частиц и потенциал воспламенения строительных материалов 40
Список литературы 66
Ситуация с пожарами в мире не утихает. С каждым годом в лесных массивах их становится всё больше. Для большей части мира лесные пожары представляют серьезную и повторяющуюся угрозу жизни, собственности и окружающей среде. В последнее время в мире зафиксировано увеличение количества природных пожаров на природно - урбанизированных территориях.
Природно-урбанизированная территория — это населенные пункты, имеющие четкую границу раздела между областью природных горючих материалов и областью развития местной инфраструктуры. Смешанные природно-урбанизированные территории не имеют четких границ, конструкционные материалы расположены на большом расстоянии друг от друга, а природные горючие материалы находятся на всей территории населенного пункта.
Например, недавний пожарный сезон 2019-2020 годов в Австралии был настолько суровым, что его назвали Черным летом [1], в результате чего сгорело 97.000 км2 растительности. К сожалению, Черное лето в Австралии привело к разрушению 3000 домов и 33 прямым человеческим жертвам. Этот тип разрушения от лесных пожаров все чаще наблюдается во всем мире. В результате пожаров в Португалии в 2017 г. погибли 112 человек. В 2018 г. в результате пожаров в Греции сгорело 3000 домов. В Соединенных Штатах только в результате пожара в лагере 2018 года погибли 85 человек и разрушено 19 000 построек [2]. Большая часть человеческих жертв от этих пожаров произошла на границе лесов и городов, на слиянии сельской и развитой окружающей среды. Пожар в лагере в 2018 году [3], когда потери жилой недвижимости в тот же год более чем в два раза превысили заявленные затраты на общенациональные федеральные меры по подавлению (Министерство внутренних дел США / Министерство сельского хозяйства США, F. S, 2020; Департамент страхования Калифорнии, 2019), является ярким примером того, насколько серьезным может быть пожар, 4
возникающий в природно-урбанизированной территории. Возгорание от частиц при лесных пожарах происходит, когда горящая частица генерируется внутри пожара и переносится, обычно ветром, на напочвенный покров или жилые строения. По мере того, как границы дикой местности с городами продолжают, возникает острая необходимость в проектировании сооружений, которые выдерживали бы потенциальные разрушения, вызванные лесными пожарами.
Лесные пожары производят переносимые по воздуху куски горящей растительности и мусора, известные как частицы, которые, как было показано, являются одним из основных способов возгорания домов. Частицы особенно опасны из-за их способности подниматься вверх. Сильный ветер, может переносить эти частицы от фронта пожара, где они были засвидетельствованы, чтобы вызвать возгорание дома без прямого контакта с пламенем.
Огненные частицы представляют опасность в природно-урбанизированных территориях, потому что они могут либо непосредственно зажечь компоненты уязвимых конструкций, либо могут воспламенить близлежащую растительность и другие горючие вещества, которые впоследствии могут воспламенить конструкцию за счет лучистого нагрева или прямого контакта с пламенем [4].
Материалы для отделки дерева становятся все более распространенными в России. Так, в сельских и пригородных районах с малоэтажными домами использование строительных материалов для отделки древесины достигает 80%. С одной стороны, новые древесно-композитные материалы и технологии, использующие конструкционные элементы и сборные модули в строительной промышленности, значительно повысили интерес к деревянным зданиям. Экологическая и экономическая привлекательность этих проектов играет важную роль в строительстве деревянных домов. С другой стороны, деревянные строительные конструкции могут способствовать возникновению и распространению пожара в здании или в сооружении. Пожары (особенно в сочетании с лесными пожарами), возникающие в населенных пунктах с преобладающими деревянными постройками, наносят большой ущерб. В связи с этим изучение противопожарного поведения деревянных зданий и сооружений, а также анализ нормативных требований по пожарной безопасности зданий с деревянными конструкциями являются актуальными и важными задачами. Горючие строительные материалы, такие как древесно-стружечные плиты, выгорают на своих поверхностях, выделяют энергию и, таким образом, сгорают для распространения огня при пожаре.
Подробные знания о производстве, транспортировке и воспламенении горючих материалов могут помочь в будущих усилиях по предотвращению. Моделирование воспламенения конструкций, возможно, статистически, может быть возможным применением дополнительных знаний о горящих частиц. Чтобы использовать данные о горючих веществах в моделях воспламенения, необходимо собрать статистическую информацию о горючих веществах, образующихся как из растительности, так и из загоревшихся конструкций, о потенциальных расстояниях транспортировки горючих материалов и вероятности того, что они воспламенят строения, растительность или другие близлежащие легковоспламеняющиеся материалы. На данный момент в центре внимания всех усилий по моделированию рисков должны находиться сценарии наихудшего случая, поскольку наиболее экстремальные пожары вызывают катастрофы в природно-урбанизированной территории.
В связи с этим в магистерской диссертации были рассмотрены эксперименты по взаимодействию горящих и тлеющих частиц со строительными конструкциями. Основная задача - проанализировать механизм зажигания и горения различных строений, которые находятся вблизи лесной территории. В связи с этим нужно понимать, как защитить постройки от такого поражающего фактора при пожаре, от частиц. В конечном счете, полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы при разработке требований к организации противопожарных мероприятий на случай такой угрозы, кроме этого, можно учитывать такие пожары при проектировании вентиляции и крыш, придомовой территории.
Природно-урбанизированная территория — это населенные пункты, имеющие четкую границу раздела между областью природных горючих материалов и областью развития местной инфраструктуры. Смешанные природно-урбанизированные территории не имеют четких границ, конструкционные материалы расположены на большом расстоянии друг от друга, а природные горючие материалы находятся на всей территории населенного пункта.
Например, недавний пожарный сезон 2019-2020 годов в Австралии был настолько суровым, что его назвали Черным летом [1], в результате чего сгорело 97.000 км2 растительности. К сожалению, Черное лето в Австралии привело к разрушению 3000 домов и 33 прямым человеческим жертвам. Этот тип разрушения от лесных пожаров все чаще наблюдается во всем мире. В результате пожаров в Португалии в 2017 г. погибли 112 человек. В 2018 г. в результате пожаров в Греции сгорело 3000 домов. В Соединенных Штатах только в результате пожара в лагере 2018 года погибли 85 человек и разрушено 19 000 построек [2]. Большая часть человеческих жертв от этих пожаров произошла на границе лесов и городов, на слиянии сельской и развитой окружающей среды. Пожар в лагере в 2018 году [3], когда потери жилой недвижимости в тот же год более чем в два раза превысили заявленные затраты на общенациональные федеральные меры по подавлению (Министерство внутренних дел США / Министерство сельского хозяйства США, F. S, 2020; Департамент страхования Калифорнии, 2019), является ярким примером того, насколько серьезным может быть пожар, 4
возникающий в природно-урбанизированной территории. Возгорание от частиц при лесных пожарах происходит, когда горящая частица генерируется внутри пожара и переносится, обычно ветром, на напочвенный покров или жилые строения. По мере того, как границы дикой местности с городами продолжают, возникает острая необходимость в проектировании сооружений, которые выдерживали бы потенциальные разрушения, вызванные лесными пожарами.
Лесные пожары производят переносимые по воздуху куски горящей растительности и мусора, известные как частицы, которые, как было показано, являются одним из основных способов возгорания домов. Частицы особенно опасны из-за их способности подниматься вверх. Сильный ветер, может переносить эти частицы от фронта пожара, где они были засвидетельствованы, чтобы вызвать возгорание дома без прямого контакта с пламенем.
Огненные частицы представляют опасность в природно-урбанизированных территориях, потому что они могут либо непосредственно зажечь компоненты уязвимых конструкций, либо могут воспламенить близлежащую растительность и другие горючие вещества, которые впоследствии могут воспламенить конструкцию за счет лучистого нагрева или прямого контакта с пламенем [4].
Материалы для отделки дерева становятся все более распространенными в России. Так, в сельских и пригородных районах с малоэтажными домами использование строительных материалов для отделки древесины достигает 80%. С одной стороны, новые древесно-композитные материалы и технологии, использующие конструкционные элементы и сборные модули в строительной промышленности, значительно повысили интерес к деревянным зданиям. Экологическая и экономическая привлекательность этих проектов играет важную роль в строительстве деревянных домов. С другой стороны, деревянные строительные конструкции могут способствовать возникновению и распространению пожара в здании или в сооружении. Пожары (особенно в сочетании с лесными пожарами), возникающие в населенных пунктах с преобладающими деревянными постройками, наносят большой ущерб. В связи с этим изучение противопожарного поведения деревянных зданий и сооружений, а также анализ нормативных требований по пожарной безопасности зданий с деревянными конструкциями являются актуальными и важными задачами. Горючие строительные материалы, такие как древесно-стружечные плиты, выгорают на своих поверхностях, выделяют энергию и, таким образом, сгорают для распространения огня при пожаре.
Подробные знания о производстве, транспортировке и воспламенении горючих материалов могут помочь в будущих усилиях по предотвращению. Моделирование воспламенения конструкций, возможно, статистически, может быть возможным применением дополнительных знаний о горящих частиц. Чтобы использовать данные о горючих веществах в моделях воспламенения, необходимо собрать статистическую информацию о горючих веществах, образующихся как из растительности, так и из загоревшихся конструкций, о потенциальных расстояниях транспортировки горючих материалов и вероятности того, что они воспламенят строения, растительность или другие близлежащие легковоспламеняющиеся материалы. На данный момент в центре внимания всех усилий по моделированию рисков должны находиться сценарии наихудшего случая, поскольку наиболее экстремальные пожары вызывают катастрофы в природно-урбанизированной территории.
В связи с этим в магистерской диссертации были рассмотрены эксперименты по взаимодействию горящих и тлеющих частиц со строительными конструкциями. Основная задача - проанализировать механизм зажигания и горения различных строений, которые находятся вблизи лесной территории. В связи с этим нужно понимать, как защитить постройки от такого поражающего фактора при пожаре, от частиц. В конечном счете, полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы при разработке требований к организации противопожарных мероприятий на случай такой угрозы, кроме этого, можно учитывать такие пожары при проектировании вентиляции и крыш, придомовой территории.
В ходе выполнения данной работы были изучены методы определения температуры вдоль стенок проточного тракта ГПВРД. Развитие данного типа двигателя является одним из самых перспективных способов повышения скоростных параметров летальных аппаратов, для которого одним из основных этапов является моделирование структуры и параметров газового потока в проточном тракте двигателя. В данной работе для измерения температуры, был выбран калориметрический метод, который основан на преобразовании энергии выходного излучения в тепловую энергию калориметра. Этот процесс сопровождается повышением температуры калориметра, которое регистрируется термоэлектрическим методом. Для реализации этого метода, был спроектирован и реализован термозонд для измерения температуры вдоль стенки проточного тракта. Было проведено физическое моделирование с регистрацией статической температуры в форкамере, температур вдоль стенки проточного тракта модельного ГПВРД и давления торможения вблизи задней стенки рабочей части аэродинамической установки. Разработаны технические средства, обеспечивающие реализацию экспериментально-расчетной методики исследования газодинамики, теплообмена и структуры течения газа в проточном канале гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя для чисел Маха M = 5 и M = 6. Полученные на основании предложенной методики, результаты измерений температуры адекватны физике исследуемого процесса. Сопоставление результатов численных расчетов и данных экспериментов показало их качественное согласование.