Помощь студентам в учебе
ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВОЗГОРАНИЯХ В ПОМЕЩЕНИЯХ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ РАННЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ
ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 18
1.1. Основные характеристики материалов, влияющих на условия
воспламенения и динамику горения 25
1.2. Локализация термического разложения и горения материалов 29
Выводы по первой главе 39
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПРИ РАЗНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ 42
2.1. Теплофизические характеристики 43
2.2 Термокинетические константы термического разложения материала 62
2.3. Состав газообразных продуктов термического разложения материалов 76
Выводы по второй главе 90
ГЛАВА 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ 93
3.1. Использование газоаналитического оборудования 93
3.2. Анализ FTIR-спектров газообразных продуктов термического разложения
горючих материалов 103
3.3. Применение прогностической модели 114
3.4. Локализация термического разложения и горения материалов 134
3.4.1. Взаимодействие жидкостей с пиролизующимся материалом 135
3.4.2. Концентрации газов при свободном горении материалов 138
3.4.3. Концентрации газов при тушении горючих материалов огнетушащими
составами 141
3.4.4. Относительные показатели эффективности огнетушащих составов .... 147
3.5. Практические рекомендации по использованию результатов исследований 151
Выводы по третьей главе 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 159
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
162
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 165
ПРИЛОЖЕНИЕ А 183
Результаты интеллектуальной деятельности по теме диссертации 183
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ РАННЕЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ
ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 18
1.1. Основные характеристики материалов, влияющих на условия
воспламенения и динамику горения 25
1.2. Локализация термического разложения и горения материалов 29
Выводы по первой главе 39
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПРИ РАЗНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ 42
2.1. Теплофизические характеристики 43
2.2 Термокинетические константы термического разложения материала 62
2.3. Состав газообразных продуктов термического разложения материалов 76
Выводы по второй главе 90
ГЛАВА 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ 93
3.1. Использование газоаналитического оборудования 93
3.2. Анализ FTIR-спектров газообразных продуктов термического разложения
горючих материалов 103
3.3. Применение прогностической модели 114
3.4. Локализация термического разложения и горения материалов 134
3.4.1. Взаимодействие жидкостей с пиролизующимся материалом 135
3.4.2. Концентрации газов при свободном горении материалов 138
3.4.3. Концентрации газов при тушении горючих материалов огнетушащими
составами 141
3.4.4. Относительные показатели эффективности огнетушащих составов .... 147
3.5. Практические рекомендации по использованию результатов исследований 151
Выводы по третьей главе 156
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 159
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
162
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 165
ПРИЛОЖЕНИЕ А 183
Результаты интеллектуальной деятельности по теме диссертации 183
Актуальность работы. Согласно статистическим данным [1-6], наибольшее количество пожаров, характеристиками которых можно эффективно управлять путем ввода в эксплуатацию систем пожаротушения с заранее установленными параметрами, происходит в зданиях жилого сектора и транспортных средствах (в частности, на различных суднах, подводных лодках). По всему миру за 2019 год количество пожаров в зданиях составило 867059, на транспортных средствах - 330722 [1-6]. При этом по данному показателю Россия и США занимают первые позиции в мире (711560 и 121624 пожаров [1-6], соответственно). Наиболее пожароопасными объектами являются здания жилого сектора (более 71% от общего числа пожаров). Основными причинами возгораний являются нарушения правил пожарной безопасности, недостатки систем пожаротушения и пожарной сигнализации, несоответствующее категориям помещения обслуживание [1-6]. В связи с этим обеспечение пожарной безопасности зданий различного назначения на сегодняшний день является актуальной научно-технической проблемой. Проводятся научные исследования по оценке пожарной опасности жилых и производственных помещений, разрабатываются новые методы предотвращения и тушения возгораний [7,8].
Для обеспечения необходимых противопожарных мер важно повысить эффективность систем пожаротушения и идентификации возгораний. Современные технологии имеют некоторые ограничения. Так, например, исследования [9-13] указывают на достаточно существенные недостатки систем пожаротушения. В частности, большинство систем, установленных в здании для обнаружения возгорания, используют данные с пожарных извещателей (тепловых, дымовых, комбинированных), точность и инерционность обнаружения очага возгорания которыми зачастую недостаточна [11,13]. Для повышения точности идентификации пожара помимо пожарных датчиков используют специализированные системы алгоритмического анализа изображений. Однако в [10,11] обосновано, что точность срабатывания таких систем не всегда высокая, что обусловлено задержками обнаружения очага горения, большим объёмом вычислений алгоритмов обнаружения, а также ручным и автоматическим извлечением данных с изображений. Системы, в которых используются алгоритмы, заданные на основе правил машинного обучения с применением изображений, не всегда могут адаптироваться к быстрым изменениям среды. Соответственно, не выполняются требования, связанные с оперативностью идентификации очага пожара. В связи с этим актуальность приобретают вопросы увеличения входных данных (в виде дополнительных факторов, идентифицирующих возгорание) систем пожаротушения на ранней стадии пожара.
К основным факторам, характеризующим поведение горючих материалов в условиях пожара, можно отнести механические, физические (в том числе плотность, пористость, влагопоглощение), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность) и термокинетические свойства, а также свойства, отражающие пожарную опасность материалов (горючесть, тепловыделение, дымообразование, интенсивность образования токсичных продуктов горения, распространение пламени по поверхности материала) [14].
В изучении пожароопасных характеристик горючих материалов достигнут большой прогресс. В частности, Коневым Э.В. [15], Валендиком Э.Н. и Гевелем Н.Ф. [16] изучены состав и концентрации продуктов горения природных горючих материалов. В трудах Гришина А.М., Зимы В.П., Кузнецова В.Т., Скорика А.И. [17], Палецкого А.А., Гончикжапова М.Б., Коробейничева О.П. [18], Барановского Н.В. [19], Гомана П.Н. установлены кинетические параметры пиролиза горючих материалов, определены его основные стадии (выход связанной воды; выход летучих продуктов термического разложения материалов и образование углеродистого остатка).
Анализу измерений характеристик очагов горения в условиях пожара посвящены научные труды Zhang X. [20], Zhou A. [21], Копылова Н.П., Хасанова И.Р. [22], Салганского Е.А. [23]. Изучены особенности процесса горения строительных и отделочных материалов при различных условиях внешней среды, а также условий распространения пожара между объектами. В справочнике [14]
представлены данные о пожаровзрывоопасных свойствах более 6500 веществ и материалов, используемых в различных отраслях промышленности: химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, медицинской,
деревоперерабатывающей и др. Особенно можно выделить научноисследовательскую деятельность ФГБУ ВНИИПО МЧС России [24-28], которым проводятся прикладные научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы по проблемам предупреждения и тушения пожаров, изучению процессов самовозгорания веществ и материалов и тушению последних специализированными огнетушащими составами [24-28]. Однако все еще недостаточно экспериментальных и теоретических исследований, результаты которых могут быть использованы при описании процессов тепломассопереноса, предшествующих воспламенению горючих строительных и отделочных материалов, а также в системах оценки пожарной опасности.
Большинство традиционных методов обнаружения возгорания основаны на использовании пожарных извещателей, срабатывающих при превышении температуры в контролируемой зоне, образовании дыма, появления пламени [2934]. Однако сигнал от таких датчиков поступает при уже интенсивном дымообразовании и распространении пламени по площади помещения. В таком случае значительный ущерб от возгорания неизбежен. Таким образом, тушение пожара начинается уже после его распространения на большие площади, соседние этажи или даже здания. Кроме того, зачастую в помещениях в режиме реального времени контролируется лишь один из перечисленных факторов (как правило, появление дыма). Такой способ предупреждения возгораний приводит к большому количеству ложных срабатываний. Перспективным направлением в области обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений является обнаружение возгорания материала на ранней стадии (стадии тления, характеризующейся беспламенным горением и небольшим выделением тепла) по анализу химического состава воздуха контролируемого помещения, а именно концентраций газообразных продуктов горения [29-30]. Эффективность такого подхода обусловлена тем, что датчики газа позволяют обнаружить возгорание на начальной стадии, так как газообразные продукты (в частности, оксид и диоксид углерода) горения являются неизбежным фактором пожара, время образования которых существенно меньше по сравнению со временем возникновения других характеристик пожара - дыма, пламени и высокой температуры. Изучение тенденций изменения газообразных выбросов, образующихся при термическом разрушении и горении твердых материалов, является фундаментальным шагом к изучению диапазонов выделения летучих соединений, которые поддерживают воспламенение и горение материала. На сегодняшний день данных по диапазонам концентраций газов, выделяющихся на стадии термической деструкции последних, недостаточно для разделения зданий и помещений по категориям пожарной опасности, выделения особенностей возникновения горения потенциально горючих материалов, а также разработки физических и математических моделей тепломассопереноса для прогнозирования критических условий инициирования термического разложения, последующих возгораний и пожаров.
Экспериментальные исследования процессов тепломассопереноса, возникающих на ранних стадиях возникновения горения, а также свойств потенциально горючих материалов с учетом неоднородности последних (их типа, влажности, плотности, пористости, размеров элементов и др.) позволят выявить ключевые особенности протекания данных процессов и их характеристики при различных параметрах внешней среды. Полученные закономерности целесообразно использовать для создания новых или усовершенствования существующих систем прогноза пожарной опасности в изолированных от внешней среды помещениях, поиска эффективных методов тушения пожаров, выявления наиболее пожароопасных участков, а также для разработки теоретических основ классификации потенциально горючих материалов помещений. Особенно актуальным представляется использование экспериментально определенных пожароопасных свойств материалов в математической модели тепломассопереноса, позволяющей прогнозировать средние значения параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара.
Перечисленные направления имеют особое значение для развития технологий предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
техногенного характера, входящих в перечень критических технологий Российской Федерации.
Цель диссертационной работы - определение необходимых условий для ранней идентификации и локализации термического разложения строительных и отделочных материалов на базе результатов экспериментальных исследований взаимосвязанных процессов тепломассопереноса при возгораниях в помещениях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Сравнительный анализ известных способов раннего обнаружения термического разложения и пламенного горения в помещениях, обоснованный выбор номенклатуры типичных строительных и отделочных материалов, разработка методик и стендов для проведения исследований процессов тепломассопереноса с учетом физико-химических превращений.
2. Экспериментальное определение свойств типичных горючих строительных и отделочных материалов с дальнейшим созданием информационной базы экспериментальных данных со значениями теплофизических характеристик и констант термического разложения материалов с учетом неоднородности их состава.
3. Регистрация характеристик очага возгорания на начальной стадии термического разложения материалов и перехода к пламенному горению: особенностей выделения газообразных продуктов термического разложения для каждого из группы использованных строительных и отделочных материалов, а также минимальных температур и тепловых потоков, при которых данные продукты достоверно регистрируются газоаналитическим оборудованием.
4. Исследование влияния температуры внешней среды, массы и типа материала, а также его огнезащитной обработки на диапазоны концентраций газообразных продуктов термического разложения и пламенного горения.
5. Обоснование возможности ранней идентификации возгораний материалов по результатам регистрации газообразных продуктов их термического разложения.
6. Определение характеристик процессов тепломассопереноса, происходящих на ранних стадиях взаимодействия огнетушащих составов с материалом при подавлении его термического разложения.
7. Разработка рекомендаций по использованию полученных результатов для повышения пожарной безопасности зданий и сооружений.
Научная новизна работы. По результатам экспериментальных исследований получены зависимости коэффициентов теплопроводности, удельной теплоемкости, температуропроводности, энергии активации и
предэкспоненциального множителя от размеров частиц и плотности слоя горючего материала. При исследовании термокинетических констант показано, что наибольшие значения энергии активации зарегистрированы при минимальной плотности и максимальной дисперсности измельченного горючего материала. Обоснована возможность идентификации очага возгорания и типа доминирующего в очаге материала по концентрациям газов в продуктах термического разложения и горения, а также по совокупности численных значений скоростей изменения температур и концентраций. Сформулированы рекомендации по применению газоаналитического оборудования при идентификации продуктов термического разложения и пламенного горения материалов на ранних стадиях пожаров в помещениях с целью их эффективного подавления. Обосновано, что получение своевременной информации о доминирующем материале в очаге горения позволит определить условия подачи огнетушащей жидкости с рациональной плотностью орошения. Установлены необходимые и достаточные для эффективного тушения разлагающихся материалов способы подачи воды и огнетушащих составов на ее основе.
Теоретическая значимость работы. Результаты выполненных экспериментальных и численных исследований процессов тепломассопереноса представляют новые знания об условиях и характеристиках локализации термического разложения строительных и отделочных горючих материалов для наиболее частых по статистике причин возгораний: неосторожное обращение с огнем, нарушение правил эксплуатации нагревательного оборудования. Экспериментально установленные факторы, характеризующие поведение материалов на начальных стадиях термического разложения, а также тенденции изменения газообразных продуктов их термического разложения, являются основой для разработки математической модели тепломассопереноса, позволяющей прогнозировать условия, предшествующие пожарам в помещениях.
Практическая значимость работы. Полученные результаты экспериментальных исследований процессов тепломассопереноса, а также сформулированные заключения и аппроксимационные выражения являются основами разработки новых и совершенствования применяющихся в настоящее время технологий, направленных на повышение пожарной безопасности зданий и сооружений. К ним относятся технологии: определения потенциально
пожароопасных участков; обнаружения и тушения возгораний в зданиях и помещениях различного назначения, тушения пожаров тонкораспыленной водой. Возможна настройка параметров активации и приостановки работы системы пожаротушения по показателям группы сенсоров с целью снижения расхода воды и предотвращения чрезмерного заливания площади помещения. Практическая значимость диссертации подтверждена полученными патентами и свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ. Разработана группа технических решений в области пожарной безопасности в виде способов ранней идентификации возгораний строительных и отделочных материалов в помещениях по характеристикам работы комбинации технических средств разного назначения: тепловые и дымовые пожарные извещатели, газоаналитическое и видеорегистрирующее оборудование, с использованием которых осуществляется контроль изменения во времени концентраций CO, CO2, O2 и других компонентов газовоздушной среды, а также температуры в зоне регистрации.
Методология и методы исследования. Для определения теплофизических характеристик (температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости) материалов использовался метод лазерной вспышки (система «DLF- 1200 TA Instruments»). Термокинетические константы термического разложения материалов определены с использованием термоанализатора «NETZSCH STA 449F3». Изучение состава газообразных продуктов термического разложения и горения материалов проводилось с использованием ИК-спектрометрии и газоаналитического оборудования. Для численного исследования термического разложения материалов в изолированном пространстве использовалось программное обеспечение COMSOL Multiphysics.
Положения и основные результаты, выносимые на защиту:
1. Основными факторами, влияющими на теплофизические характеристики твердых материалов, являются: пористость, плотность, размеры дисперсной фазы. В частности, теплопроводность образцов древесины возрастает на 40-47 % при повышении плотности с 750 кг/м3 до 1120 кг/м3, и на 30-35 % с ростом размеров частиц материала с 60 мкм до 150 мкм. Получены математические выражения для прогнозирования значений теплофизических характеристик материалов при изменении выделенных свойств в диапазонах, соответствующих промышленным приложениям.
2. Плотность слоев материалов оказывает более существенное влияние на термокинетические константы их термического разложения по сравнению с пористостью и размерами частиц дисперсной фазы. Зарегистрировано увеличение энергии активации на 4-34 % при повышении размеров частиц от 60 мкм до 140 мкм и изменение энергии активации на 4-41 % при повышении плотности образца с 206 кг/м3 до 955 кг/м3.
3. С применением газоаналитических систем на основе электрохимических и оптических анализаторов, спектрометров и промышленных сенсоров определены скорости и длительности изменения концентраций продуктов термического разложения и пламенного горения древесины, линолеума, ДСП, ДВП, ПВХ, пластика и других строительных и отделочных материалов в помещениях. Полученные данные обосновывают возможность использования газового состава смеси, образующейся на начальной стадии термического разложения и горения материалов, для идентификации очага возгорания.
4. Разработаны прогностические модели тепломассопереноса для проектирования малоинерционных систем идентификации термического разложения и возгораний материалов под воздействием наиболее типичных источников пожарной опасности (неосторожное обращение с огнем, нарушения правил эксплуатации нагревательного оборудования, замыкание электрических цепей, локальные источники нагрева), отличающиеся учетом совокупности взаимосвязанных процессов тепломассопереноса, фазовых превращений и химического реагирования.
5. На базе результатов экспериментальных и теоретических исследований предложены технические решения для малоинерционной идентификации пожароопасных условий в помещениях различного назначения. Предложенные способы позволяют идентифицировать на ранней стадии (в несколько раз быстрее существующих аналогов) термическое разложение и горение, причину и тип материала, площадь реагирования, определить рациональные условия применения огнетушащих составов.
Степень достоверности результатов исследования.
Достоверность полученных результатов подтверждается оценкой систематических и случайных погрешностей проведенных измерений. Случайные ошибки рассчитывались по результатам серии экспериментов, проведенных в идентичных условиях при фиксированных значениях варьируемых факторов. Выполненное сравнение результатов экспериментальных исследований с известными данными других исследователей и результатами математического моделирования процессов тепломассопереноса, термического разложения и пламенного горения материалов, позволило обосновать адекватность разработанных моделей и методик.
Связь работы с научными программами и грантами. Исследования выполнены при поддержке грантов Российского научного фонда: № 18-19-00056 «Подавление пламенного горения и термического разложения конденсированных веществ на больших площадях при специализированной подаче воды перед и во фронте горения», 2018-2020 г., № 21-19-00009 «Обоснование по результатам экспериментальных и теоретических исследований возможности создания технологий с обратной связью для подавления горения и дымоосаждения в закрытых и изолированных от внешней среды помещениях», 2021-2023 г., № 18- 71-10002-П «Коагуляция, дробление и фрагментация капель жидкости в многофазных и многокомпонентных газопарокапельных средах, 2021-2023 г. Тестирование технических решений, полученных в рамках диссертационной работы, выполнено в рамках научного проекта передовой инженерной школы ТПУ совместно с государственной корпорацией «Росатом».
Личный вклад состоит в планировании и проведении экспериментальных исследований; анализе, обработке и обобщении полученных результатов; оценке систематических и случайных погрешностей; формулировании практических рекомендаций; апробации результатов на научных конференциях и их опубликовании в рецензируемых периодических научных изданиях; формулировке основных защищаемых положений и выводов. Автор выражает благодарность коллегам по лаборатории тепломассопереноса ТПУ за помощь в проведении исследовании, обсуждении полученных результатов и подготовке совместных публикаций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на XXII Международном симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2018 г.); XXII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, посвященной 125-летию со дня основания Томского политехнического университета (г. Томск, 2021 г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых ученых «XXXVII Сибирский теплофизический семинар» (г. Новосибирск, 2021 г.), XVIII Международной
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2021 г.), Шестнадцатой Всероссийской
(восьмой Международной) научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Энергия 2021» (г. Иваново, 2021 г.), Восьмой Российской национальной конференции по теплообмену, 17-22 октября 2022 г. Москва, НИУ «МЭИ», XVII Всероссийской школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (п. Шерегеш, 2023 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 8 статьях в рецензируемых научных изданиях, из них 7 работ в периодических изданиях, индексируемых международными наукометрическими базами данных «Web of Science» и «Scopus» (Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (Q1, ИФ=6); Powder Technology (Q1, ИФ=4,142); Fire Safety Journal (Q1, ИФ=3,78); Forests (Q1, ИФ=3,282); Journal of Engineering Physics and Thermophysics (Q2, ИФ=0,331); Thermal Science (Q3, ИФ=1,971), 1 работа в рецензируемом российском научном издании. Кроме этого, результаты исследований опубликованы в виде 7 докладов и тезисов в сборниках научных трудов конференций, 1 коллективной монографии в издательстве СО РАН. Получены 3 патента на изобретения и 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах, состоит из введения, 3 глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 167 наименований, содержит 31 таблицу, 42 рисунка и приложение.
Содержание работы.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, а также практическая и теоретическая значимость работы, научная новизна и достоверность результатов, личный вклад автора.
В первой главе приведено описание основных характеристик горючих материалов, влияющих на условия воспламенения и динамику последующего горения. Проанализированы современные представления о принципах идентификации термического разложения материалов и оперативной локализации горения. Выделены основные нерешенные пока задачи, связанные с ранним обнаружением возгораний в помещениях и определением пожароопасных свойств горючих материалов. Приведено описание достижений в области методов локализации возгораний.
В выводах к первой главе отмечено, что пока недостаточно внимания уделено изучению особенностей термического разложения материалов на ранних стадиях при типичных причинах возгораний (особенно в помещениях). Теплофизические характеристики материалов, термокинетические константы их термического разложения, способность к возгоранию и поддержанию горения необходимо учитывать в системах прогноза пожарной опасности, поскольку это позволит унифицировать методы обнаружения возгораний, уйти от описательной основы к физическому обоснованию. Важной задачей является установление особенностей типичных потенциально горючих материалов, присутствующих в различных категориях изолированных помещений. Такие исследования необходимы для анализа как особенностей начальных стадий возникновения горения и распространения пожара, так и локализации огня и ликвидации последствий. Однако практически отсутствуют данные, позволяющие описать кинетику процессов термического разложения горючих материалов в зависимости от свойств последних при температурах и скоростях нагрева, соответствующих реальным пожарам. В частности, крайне мало опубликованных результатов по изучению влияния неоднородности горючего материала на перечисленные параметры.
С технической и научной точек зрения, важной задачей является определение теплофизических характеристик потенциально горючих материалов с учетом неоднородности последних (плотности материала, размеров элементов). Результаты решения такой задачи важны при моделировании возникновения и распространения пожаров. В связи с этим особый интерес в области задач прогнозирования распространения горения горючих материалов представляет установление зависимостей теплофизических характеристик последних в виде аппроксимаций основных характеристик в зависимости от температуры.
...
Для обеспечения необходимых противопожарных мер важно повысить эффективность систем пожаротушения и идентификации возгораний. Современные технологии имеют некоторые ограничения. Так, например, исследования [9-13] указывают на достаточно существенные недостатки систем пожаротушения. В частности, большинство систем, установленных в здании для обнаружения возгорания, используют данные с пожарных извещателей (тепловых, дымовых, комбинированных), точность и инерционность обнаружения очага возгорания которыми зачастую недостаточна [11,13]. Для повышения точности идентификации пожара помимо пожарных датчиков используют специализированные системы алгоритмического анализа изображений. Однако в [10,11] обосновано, что точность срабатывания таких систем не всегда высокая, что обусловлено задержками обнаружения очага горения, большим объёмом вычислений алгоритмов обнаружения, а также ручным и автоматическим извлечением данных с изображений. Системы, в которых используются алгоритмы, заданные на основе правил машинного обучения с применением изображений, не всегда могут адаптироваться к быстрым изменениям среды. Соответственно, не выполняются требования, связанные с оперативностью идентификации очага пожара. В связи с этим актуальность приобретают вопросы увеличения входных данных (в виде дополнительных факторов, идентифицирующих возгорание) систем пожаротушения на ранней стадии пожара.
К основным факторам, характеризующим поведение горючих материалов в условиях пожара, можно отнести механические, физические (в том числе плотность, пористость, влагопоглощение), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность) и термокинетические свойства, а также свойства, отражающие пожарную опасность материалов (горючесть, тепловыделение, дымообразование, интенсивность образования токсичных продуктов горения, распространение пламени по поверхности материала) [14].
В изучении пожароопасных характеристик горючих материалов достигнут большой прогресс. В частности, Коневым Э.В. [15], Валендиком Э.Н. и Гевелем Н.Ф. [16] изучены состав и концентрации продуктов горения природных горючих материалов. В трудах Гришина А.М., Зимы В.П., Кузнецова В.Т., Скорика А.И. [17], Палецкого А.А., Гончикжапова М.Б., Коробейничева О.П. [18], Барановского Н.В. [19], Гомана П.Н. установлены кинетические параметры пиролиза горючих материалов, определены его основные стадии (выход связанной воды; выход летучих продуктов термического разложения материалов и образование углеродистого остатка).
Анализу измерений характеристик очагов горения в условиях пожара посвящены научные труды Zhang X. [20], Zhou A. [21], Копылова Н.П., Хасанова И.Р. [22], Салганского Е.А. [23]. Изучены особенности процесса горения строительных и отделочных материалов при различных условиях внешней среды, а также условий распространения пожара между объектами. В справочнике [14]
представлены данные о пожаровзрывоопасных свойствах более 6500 веществ и материалов, используемых в различных отраслях промышленности: химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, медицинской,
деревоперерабатывающей и др. Особенно можно выделить научноисследовательскую деятельность ФГБУ ВНИИПО МЧС России [24-28], которым проводятся прикладные научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы по проблемам предупреждения и тушения пожаров, изучению процессов самовозгорания веществ и материалов и тушению последних специализированными огнетушащими составами [24-28]. Однако все еще недостаточно экспериментальных и теоретических исследований, результаты которых могут быть использованы при описании процессов тепломассопереноса, предшествующих воспламенению горючих строительных и отделочных материалов, а также в системах оценки пожарной опасности.
Большинство традиционных методов обнаружения возгорания основаны на использовании пожарных извещателей, срабатывающих при превышении температуры в контролируемой зоне, образовании дыма, появления пламени [2934]. Однако сигнал от таких датчиков поступает при уже интенсивном дымообразовании и распространении пламени по площади помещения. В таком случае значительный ущерб от возгорания неизбежен. Таким образом, тушение пожара начинается уже после его распространения на большие площади, соседние этажи или даже здания. Кроме того, зачастую в помещениях в режиме реального времени контролируется лишь один из перечисленных факторов (как правило, появление дыма). Такой способ предупреждения возгораний приводит к большому количеству ложных срабатываний. Перспективным направлением в области обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений является обнаружение возгорания материала на ранней стадии (стадии тления, характеризующейся беспламенным горением и небольшим выделением тепла) по анализу химического состава воздуха контролируемого помещения, а именно концентраций газообразных продуктов горения [29-30]. Эффективность такого подхода обусловлена тем, что датчики газа позволяют обнаружить возгорание на начальной стадии, так как газообразные продукты (в частности, оксид и диоксид углерода) горения являются неизбежным фактором пожара, время образования которых существенно меньше по сравнению со временем возникновения других характеристик пожара - дыма, пламени и высокой температуры. Изучение тенденций изменения газообразных выбросов, образующихся при термическом разрушении и горении твердых материалов, является фундаментальным шагом к изучению диапазонов выделения летучих соединений, которые поддерживают воспламенение и горение материала. На сегодняшний день данных по диапазонам концентраций газов, выделяющихся на стадии термической деструкции последних, недостаточно для разделения зданий и помещений по категориям пожарной опасности, выделения особенностей возникновения горения потенциально горючих материалов, а также разработки физических и математических моделей тепломассопереноса для прогнозирования критических условий инициирования термического разложения, последующих возгораний и пожаров.
Экспериментальные исследования процессов тепломассопереноса, возникающих на ранних стадиях возникновения горения, а также свойств потенциально горючих материалов с учетом неоднородности последних (их типа, влажности, плотности, пористости, размеров элементов и др.) позволят выявить ключевые особенности протекания данных процессов и их характеристики при различных параметрах внешней среды. Полученные закономерности целесообразно использовать для создания новых или усовершенствования существующих систем прогноза пожарной опасности в изолированных от внешней среды помещениях, поиска эффективных методов тушения пожаров, выявления наиболее пожароопасных участков, а также для разработки теоретических основ классификации потенциально горючих материалов помещений. Особенно актуальным представляется использование экспериментально определенных пожароопасных свойств материалов в математической модели тепломассопереноса, позволяющей прогнозировать средние значения параметров состояния среды в помещении для любого момента развития пожара.
Перечисленные направления имеют особое значение для развития технологий предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
техногенного характера, входящих в перечень критических технологий Российской Федерации.
Цель диссертационной работы - определение необходимых условий для ранней идентификации и локализации термического разложения строительных и отделочных материалов на базе результатов экспериментальных исследований взаимосвязанных процессов тепломассопереноса при возгораниях в помещениях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Сравнительный анализ известных способов раннего обнаружения термического разложения и пламенного горения в помещениях, обоснованный выбор номенклатуры типичных строительных и отделочных материалов, разработка методик и стендов для проведения исследований процессов тепломассопереноса с учетом физико-химических превращений.
2. Экспериментальное определение свойств типичных горючих строительных и отделочных материалов с дальнейшим созданием информационной базы экспериментальных данных со значениями теплофизических характеристик и констант термического разложения материалов с учетом неоднородности их состава.
3. Регистрация характеристик очага возгорания на начальной стадии термического разложения материалов и перехода к пламенному горению: особенностей выделения газообразных продуктов термического разложения для каждого из группы использованных строительных и отделочных материалов, а также минимальных температур и тепловых потоков, при которых данные продукты достоверно регистрируются газоаналитическим оборудованием.
4. Исследование влияния температуры внешней среды, массы и типа материала, а также его огнезащитной обработки на диапазоны концентраций газообразных продуктов термического разложения и пламенного горения.
5. Обоснование возможности ранней идентификации возгораний материалов по результатам регистрации газообразных продуктов их термического разложения.
6. Определение характеристик процессов тепломассопереноса, происходящих на ранних стадиях взаимодействия огнетушащих составов с материалом при подавлении его термического разложения.
7. Разработка рекомендаций по использованию полученных результатов для повышения пожарной безопасности зданий и сооружений.
Научная новизна работы. По результатам экспериментальных исследований получены зависимости коэффициентов теплопроводности, удельной теплоемкости, температуропроводности, энергии активации и
предэкспоненциального множителя от размеров частиц и плотности слоя горючего материала. При исследовании термокинетических констант показано, что наибольшие значения энергии активации зарегистрированы при минимальной плотности и максимальной дисперсности измельченного горючего материала. Обоснована возможность идентификации очага возгорания и типа доминирующего в очаге материала по концентрациям газов в продуктах термического разложения и горения, а также по совокупности численных значений скоростей изменения температур и концентраций. Сформулированы рекомендации по применению газоаналитического оборудования при идентификации продуктов термического разложения и пламенного горения материалов на ранних стадиях пожаров в помещениях с целью их эффективного подавления. Обосновано, что получение своевременной информации о доминирующем материале в очаге горения позволит определить условия подачи огнетушащей жидкости с рациональной плотностью орошения. Установлены необходимые и достаточные для эффективного тушения разлагающихся материалов способы подачи воды и огнетушащих составов на ее основе.
Теоретическая значимость работы. Результаты выполненных экспериментальных и численных исследований процессов тепломассопереноса представляют новые знания об условиях и характеристиках локализации термического разложения строительных и отделочных горючих материалов для наиболее частых по статистике причин возгораний: неосторожное обращение с огнем, нарушение правил эксплуатации нагревательного оборудования. Экспериментально установленные факторы, характеризующие поведение материалов на начальных стадиях термического разложения, а также тенденции изменения газообразных продуктов их термического разложения, являются основой для разработки математической модели тепломассопереноса, позволяющей прогнозировать условия, предшествующие пожарам в помещениях.
Практическая значимость работы. Полученные результаты экспериментальных исследований процессов тепломассопереноса, а также сформулированные заключения и аппроксимационные выражения являются основами разработки новых и совершенствования применяющихся в настоящее время технологий, направленных на повышение пожарной безопасности зданий и сооружений. К ним относятся технологии: определения потенциально
пожароопасных участков; обнаружения и тушения возгораний в зданиях и помещениях различного назначения, тушения пожаров тонкораспыленной водой. Возможна настройка параметров активации и приостановки работы системы пожаротушения по показателям группы сенсоров с целью снижения расхода воды и предотвращения чрезмерного заливания площади помещения. Практическая значимость диссертации подтверждена полученными патентами и свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ. Разработана группа технических решений в области пожарной безопасности в виде способов ранней идентификации возгораний строительных и отделочных материалов в помещениях по характеристикам работы комбинации технических средств разного назначения: тепловые и дымовые пожарные извещатели, газоаналитическое и видеорегистрирующее оборудование, с использованием которых осуществляется контроль изменения во времени концентраций CO, CO2, O2 и других компонентов газовоздушной среды, а также температуры в зоне регистрации.
Методология и методы исследования. Для определения теплофизических характеристик (температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости) материалов использовался метод лазерной вспышки (система «DLF- 1200 TA Instruments»). Термокинетические константы термического разложения материалов определены с использованием термоанализатора «NETZSCH STA 449F3». Изучение состава газообразных продуктов термического разложения и горения материалов проводилось с использованием ИК-спектрометрии и газоаналитического оборудования. Для численного исследования термического разложения материалов в изолированном пространстве использовалось программное обеспечение COMSOL Multiphysics.
Положения и основные результаты, выносимые на защиту:
1. Основными факторами, влияющими на теплофизические характеристики твердых материалов, являются: пористость, плотность, размеры дисперсной фазы. В частности, теплопроводность образцов древесины возрастает на 40-47 % при повышении плотности с 750 кг/м3 до 1120 кг/м3, и на 30-35 % с ростом размеров частиц материала с 60 мкм до 150 мкм. Получены математические выражения для прогнозирования значений теплофизических характеристик материалов при изменении выделенных свойств в диапазонах, соответствующих промышленным приложениям.
2. Плотность слоев материалов оказывает более существенное влияние на термокинетические константы их термического разложения по сравнению с пористостью и размерами частиц дисперсной фазы. Зарегистрировано увеличение энергии активации на 4-34 % при повышении размеров частиц от 60 мкм до 140 мкм и изменение энергии активации на 4-41 % при повышении плотности образца с 206 кг/м3 до 955 кг/м3.
3. С применением газоаналитических систем на основе электрохимических и оптических анализаторов, спектрометров и промышленных сенсоров определены скорости и длительности изменения концентраций продуктов термического разложения и пламенного горения древесины, линолеума, ДСП, ДВП, ПВХ, пластика и других строительных и отделочных материалов в помещениях. Полученные данные обосновывают возможность использования газового состава смеси, образующейся на начальной стадии термического разложения и горения материалов, для идентификации очага возгорания.
4. Разработаны прогностические модели тепломассопереноса для проектирования малоинерционных систем идентификации термического разложения и возгораний материалов под воздействием наиболее типичных источников пожарной опасности (неосторожное обращение с огнем, нарушения правил эксплуатации нагревательного оборудования, замыкание электрических цепей, локальные источники нагрева), отличающиеся учетом совокупности взаимосвязанных процессов тепломассопереноса, фазовых превращений и химического реагирования.
5. На базе результатов экспериментальных и теоретических исследований предложены технические решения для малоинерционной идентификации пожароопасных условий в помещениях различного назначения. Предложенные способы позволяют идентифицировать на ранней стадии (в несколько раз быстрее существующих аналогов) термическое разложение и горение, причину и тип материала, площадь реагирования, определить рациональные условия применения огнетушащих составов.
Степень достоверности результатов исследования.
Достоверность полученных результатов подтверждается оценкой систематических и случайных погрешностей проведенных измерений. Случайные ошибки рассчитывались по результатам серии экспериментов, проведенных в идентичных условиях при фиксированных значениях варьируемых факторов. Выполненное сравнение результатов экспериментальных исследований с известными данными других исследователей и результатами математического моделирования процессов тепломассопереноса, термического разложения и пламенного горения материалов, позволило обосновать адекватность разработанных моделей и методик.
Связь работы с научными программами и грантами. Исследования выполнены при поддержке грантов Российского научного фонда: № 18-19-00056 «Подавление пламенного горения и термического разложения конденсированных веществ на больших площадях при специализированной подаче воды перед и во фронте горения», 2018-2020 г., № 21-19-00009 «Обоснование по результатам экспериментальных и теоретических исследований возможности создания технологий с обратной связью для подавления горения и дымоосаждения в закрытых и изолированных от внешней среды помещениях», 2021-2023 г., № 18- 71-10002-П «Коагуляция, дробление и фрагментация капель жидкости в многофазных и многокомпонентных газопарокапельных средах, 2021-2023 г. Тестирование технических решений, полученных в рамках диссертационной работы, выполнено в рамках научного проекта передовой инженерной школы ТПУ совместно с государственной корпорацией «Росатом».
Личный вклад состоит в планировании и проведении экспериментальных исследований; анализе, обработке и обобщении полученных результатов; оценке систематических и случайных погрешностей; формулировании практических рекомендаций; апробации результатов на научных конференциях и их опубликовании в рецензируемых периодических научных изданиях; формулировке основных защищаемых положений и выводов. Автор выражает благодарность коллегам по лаборатории тепломассопереноса ТПУ за помощь в проведении исследовании, обсуждении полученных результатов и подготовке совместных публикаций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на XXII Международном симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2018 г.); XXII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, посвященной 125-летию со дня основания Томского политехнического университета (г. Томск, 2021 г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых ученых «XXXVII Сибирский теплофизический семинар» (г. Новосибирск, 2021 г.), XVIII Международной
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2021 г.), Шестнадцатой Всероссийской
(восьмой Международной) научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Энергия 2021» (г. Иваново, 2021 г.), Восьмой Российской национальной конференции по теплообмену, 17-22 октября 2022 г. Москва, НИУ «МЭИ», XVII Всероссийской школе-конференции «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (п. Шерегеш, 2023 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 8 статьях в рецензируемых научных изданиях, из них 7 работ в периодических изданиях, индексируемых международными наукометрическими базами данных «Web of Science» и «Scopus» (Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (Q1, ИФ=6); Powder Technology (Q1, ИФ=4,142); Fire Safety Journal (Q1, ИФ=3,78); Forests (Q1, ИФ=3,282); Journal of Engineering Physics and Thermophysics (Q2, ИФ=0,331); Thermal Science (Q3, ИФ=1,971), 1 работа в рецензируемом российском научном издании. Кроме этого, результаты исследований опубликованы в виде 7 докладов и тезисов в сборниках научных трудов конференций, 1 коллективной монографии в издательстве СО РАН. Получены 3 патента на изобретения и 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах, состоит из введения, 3 глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 167 наименований, содержит 31 таблицу, 42 рисунка и приложение.
Содержание работы.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, а также практическая и теоретическая значимость работы, научная новизна и достоверность результатов, личный вклад автора.
В первой главе приведено описание основных характеристик горючих материалов, влияющих на условия воспламенения и динамику последующего горения. Проанализированы современные представления о принципах идентификации термического разложения материалов и оперативной локализации горения. Выделены основные нерешенные пока задачи, связанные с ранним обнаружением возгораний в помещениях и определением пожароопасных свойств горючих материалов. Приведено описание достижений в области методов локализации возгораний.
В выводах к первой главе отмечено, что пока недостаточно внимания уделено изучению особенностей термического разложения материалов на ранних стадиях при типичных причинах возгораний (особенно в помещениях). Теплофизические характеристики материалов, термокинетические константы их термического разложения, способность к возгоранию и поддержанию горения необходимо учитывать в системах прогноза пожарной опасности, поскольку это позволит унифицировать методы обнаружения возгораний, уйти от описательной основы к физическому обоснованию. Важной задачей является установление особенностей типичных потенциально горючих материалов, присутствующих в различных категориях изолированных помещений. Такие исследования необходимы для анализа как особенностей начальных стадий возникновения горения и распространения пожара, так и локализации огня и ликвидации последствий. Однако практически отсутствуют данные, позволяющие описать кинетику процессов термического разложения горючих материалов в зависимости от свойств последних при температурах и скоростях нагрева, соответствующих реальным пожарам. В частности, крайне мало опубликованных результатов по изучению влияния неоднородности горючего материала на перечисленные параметры.
С технической и научной точек зрения, важной задачей является определение теплофизических характеристик потенциально горючих материалов с учетом неоднородности последних (плотности материала, размеров элементов). Результаты решения такой задачи важны при моделировании возникновения и распространения пожаров. В связи с этим особый интерес в области задач прогнозирования распространения горения горючих материалов представляет установление зависимостей теплофизических характеристик последних в виде аппроксимаций основных характеристик в зависимости от температуры.
...
1. Размеры частиц материалов оказывают существенное влияние на скорость потери массы и образование летучих соединений в диапазоне температур 523-823 К. Различия размеров частиц и плотности материала обусловливают неодинаковую кинетику термодеструкции. По результатам экспериментальных исследований установлено, что плотность образца оказывает более существенное влияние на термокинетические характеристики, чем размеры частиц материала в ограниченном диапазоне.
2. Изучен качественный и количественный состав продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов при варьировании температуры газовой среды, массы и типа материала, а также его огнезащитной обработки. Результаты экспериментов обосновывают возможность обнаружения пожара и идентификации очага горения по изменению химического состава воздуха, так как для каждого из материалов зарегистрирована отличительная особенность газового состава продуктов термического разложения.
3. Установлены отличия концентраций газов при термическом разложении и горении материалов при температурах, типичных для пожаров в зданиях и сооружениях. Обоснована возможность идентификации материала по скорости изменения во времени оксида углерода, являющегося основным токсичным газом. Показано, что значения СО при горении древесины и рулонных штор на 32-55 % выше по сравнению с остальными материалами.
4. С использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье показано, что наибольший выход CO и CO2 происходит при термическом разложении древесины и линолеума. Зарегистрированы длительности выхода продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов. Пиковые значения поглощения органических и неорганических соединений, образующихся в процессе термического разложения линолеума, достигаются лишь на 180 секунде, в то время как для остальных материалов пик приходится на 24 с. Отличительной особенностью термического разложения древесины и линолеума являлось то, что выход продуктов термического разложения прекращался по истечении 300 с, в то время как для остальных материалов к данному интервалу времени выход продуктов горения еще сохранялся.
5. По результатам численного моделирования установлены характеристики процессов тепломассопереноса и термического разложения горючих материалов при варьировании ключевых параметров в диапазонах, характерных для помещений различного назначения. Установлены численные значения концентраций продуктов термического разложения и горения материалов на разном удалении относительно потенциального очага возгорания. Установлены зависимости времени задержки срабатывания газоаналитической системы по выставленным пороговым значениям от расстояния между сенсором и материалом. Проведенные расчеты позволили установить связь между размерами помещений и очага возгорания и диапазонами концентраций газообразных продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов.
6. Выделены существенные отличия состава продуктов термического разложения и горения материалов при подаче в очаг возгорания растворов, суспензий и эмульсий. Показано, что выход CO и CO2 при тушении древесины суспензией бентонита на 73 % больше, чем при тушении водой. Наименьший выход газообразных продуктов термического разложения материалов зарегистрирован при тушении очага возгорания из древесины раствором бишофита. В этом случае выход оксида и диоксида углерода на 63 % меньше, чем при использовании воды. Установлено, что при тушении эмульсией пенообразователя можно сократить выход CO и CO2 на 28 % по сравнению с тушением очага возгорания водой.
7. Установленные значения относительных коэффициентов
эффективности огнетушащих составов при локализации и подавлении горения материалов с учетом затраченных времен, расходов, антропогенных выбросов и предложенный математический аппарат по экстраполяции полученных данных важно использовать при обосновании целесообразности применения различных добавок к воде при локализации пожаров.
8. Разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в виде группы технических решений в области пожарной безопасности. Запатентованы: способ обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара; способ адаптивного тушения пожара в помещении; способ обеспечения видимости в задымленной среде,
2. Изучен качественный и количественный состав продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов при варьировании температуры газовой среды, массы и типа материала, а также его огнезащитной обработки. Результаты экспериментов обосновывают возможность обнаружения пожара и идентификации очага горения по изменению химического состава воздуха, так как для каждого из материалов зарегистрирована отличительная особенность газового состава продуктов термического разложения.
3. Установлены отличия концентраций газов при термическом разложении и горении материалов при температурах, типичных для пожаров в зданиях и сооружениях. Обоснована возможность идентификации материала по скорости изменения во времени оксида углерода, являющегося основным токсичным газом. Показано, что значения СО при горении древесины и рулонных штор на 32-55 % выше по сравнению с остальными материалами.
4. С использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье показано, что наибольший выход CO и CO2 происходит при термическом разложении древесины и линолеума. Зарегистрированы длительности выхода продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов. Пиковые значения поглощения органических и неорганических соединений, образующихся в процессе термического разложения линолеума, достигаются лишь на 180 секунде, в то время как для остальных материалов пик приходится на 24 с. Отличительной особенностью термического разложения древесины и линолеума являлось то, что выход продуктов термического разложения прекращался по истечении 300 с, в то время как для остальных материалов к данному интервалу времени выход продуктов горения еще сохранялся.
5. По результатам численного моделирования установлены характеристики процессов тепломассопереноса и термического разложения горючих материалов при варьировании ключевых параметров в диапазонах, характерных для помещений различного назначения. Установлены численные значения концентраций продуктов термического разложения и горения материалов на разном удалении относительно потенциального очага возгорания. Установлены зависимости времени задержки срабатывания газоаналитической системы по выставленным пороговым значениям от расстояния между сенсором и материалом. Проведенные расчеты позволили установить связь между размерами помещений и очага возгорания и диапазонами концентраций газообразных продуктов термического разложения строительных и отделочных материалов.
6. Выделены существенные отличия состава продуктов термического разложения и горения материалов при подаче в очаг возгорания растворов, суспензий и эмульсий. Показано, что выход CO и CO2 при тушении древесины суспензией бентонита на 73 % больше, чем при тушении водой. Наименьший выход газообразных продуктов термического разложения материалов зарегистрирован при тушении очага возгорания из древесины раствором бишофита. В этом случае выход оксида и диоксида углерода на 63 % меньше, чем при использовании воды. Установлено, что при тушении эмульсией пенообразователя можно сократить выход CO и CO2 на 28 % по сравнению с тушением очага возгорания водой.
7. Установленные значения относительных коэффициентов
эффективности огнетушащих составов при локализации и подавлении горения материалов с учетом затраченных времен, расходов, антропогенных выбросов и предложенный математический аппарат по экстраполяции полученных данных важно использовать при обосновании целесообразности применения различных добавок к воде при локализации пожаров.
8. Разработаны рекомендации по использованию полученных результатов в виде группы технических решений в области пожарной безопасности. Запатентованы: способ обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара; способ адаптивного тушения пожара в помещении; способ обеспечения видимости в задымленной среде,
