Фотографии капель (увеличение в 50 раз)

Рис. 17

Форма интегральной кривой распределения капель практически не зависит от режимов работы генератора в широких пределах режимных параметров (см. рис.18) и хорошо описывется формулой:

, ( 7 )

где d - текущий диаметр капель,

d_max-максимальный диаметр капель в выборке.

Полученные интегральные кривые распределения капель аэрозоля по размерам представлена на рис. 19. Отмечено, что при увеличении температуры в камере генератора дисперсность капель уменьшается.

Из кривых (рис. 20) видно наличие в отобранных пробах частиц аэрозоля до 100 мкм и значительную концентрацию мелкодисперсных частиц в интервале 20-300 мкм. Медианный диаметр частиц в ряде проб составлял 50 мкм.

Интегральная кривая распределения по размерам капель генерируемых ТПАГ

1. Km=16.5 и Тк=125С, 2- Km=6.9 и Тк=145С, 3- Km=4.9 и Тк=188С,
   4- Km=7.9 и Тк=188С, 5- Km=8.4 и Тк=193С

Рис. 21

Влияние температуры перегрева на диаметр капель иллюстрирует рис. 22.

Влияние размера сопла и начальной температуры на размер капель аэрозоля

1 - для ТПАГ; 2- для вскипающих струй

Рис. 23

Температура измерялась при помощи стандартной термопары (хромель-копель) основная погрешность которой сотавляет  0.2 мВ. Теромопара соединялась при помощи проводов имеющих погрешность передачи термо-ЭДС  0.2 мВ. Термо-ЭДС измерялась цыфровым миливольтметром имевшим погрешность измерения   0.05 мВ. Сумарная погрешость измерения температуры и других режимных параметров представленны в таблице 3

Таблица 4

Основные погрешности измеряемых параметров.

Параметр	Погрешность
Давление	 1 %
Температура	 4.7 C
Диаметр форсунок	 10 мкм
Диаметр капель	 4.6 мкм

Таким образом, предположение об идентичности процессов идущих в перегретых каплях жидкости на выходе из ТПАГа и вскипающих струях правомерно, поэтому рекомендации по управлению дисперсность вскипающих струй можно перенести для ТПАГа.

2АНАЛИЗ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ СОЗДАВАЕМЫХ ТПАГ

Проведенные эксперименты по тушению с помощью ТПАГ, показав принципиальную возможность организации тушения в объеме (за экранами закрывающими очаги пожара от прямого воздействия струи). С другой стороны они продемонстрировали возможность значительно повысить эффективность тушения очагов горения, на которые струи из ТПАГ воздействуют непосредственно. Поэтому одной из важных задач при разработке систем пожаротушения на основе ТПАГ является выбор оптимальных мест их размещения.

Представляет значительный интерес разработать методику оценки концентраций аэрозоля в различных точках помещений сложной формы, которая позволяла бы варьируя параметрами и местом подачи струй тушащего аэрозоля добиваться максимального тушащего воздействия в зонах вероятного возгорания. В основе такой методики, с нашей точки зрения, могут лежать интегральные закономерности теории турбулентных струй. Поэтому, в разделе 2 приведены результаты исследований турбулентных струй, в том числе многофазных, применительно к означенной проблеме.

2.1Особенности струй ТПАГ и подходы к их описанию

Оценка эффективности тушащего аэрозоля ТПАГ полученная в работах /Error: Reference source not found,Error: Reference source not found,Error: Reference source not found/ выполнена с осреднением по объему помещения. Тушащая струя, истекающая из сопла ТПАГ, может иметь значительную скорость и состоит в основном из следующих компонентов:

• небольшого количества неконденсирующейся при охлаждении газовой фазы, выступающей как инертный разбавитель

• водяного пара, превращающегося при конденсации в частицы воды

• полидисперсных частиц конденсированной воды (их дисперсновтью можно управлять), которые являются основным тушащим компонентом

• субмикронных инертных или могущих иметь ингибирующую способность твердых частиц

В создании интегрального тушащего эффекта, как отмечалось в работе /Error: Reference source not found/ могут принимать участие те или иные составляющие струи ТПАГ и быть задействованы различные физико-химические процессы. В зависимости от типа очага возгорания и месторасположения струи ТПАГ тушащами факторами могут выступать:

1. при нахождении очага горения вне границ струи ТПАГ

1. отбор тепла в зоне пламени за счет испарения мелких капель воды, а так же нагрева газообразных продуктов, мелких твердых и жидких частиц аэрозоля эжектируемых факелом пламени;

2. отбор тепла в зоне пламени и на поверхности при нагреве и испарении крупных капель выпадающих на очаг горения при сепарации из струи ТПАГ, отражении от преград или за счет турбулентной диффуззии наводимой, в том числе и струями ТПАГ;

3. торможение горения за счет разбавления концентрации паров горючего и окислителя парами воды образующимися при испарении капель в зоне пламени;

4. торможение горения за счет разбавления концентрации окислителя парами воды и инертными газами содержащимися в струе продуктов ТПАГ и распространяющимися по помещению;

5. торможение горения за счет поверхостного ингибирующего эффекта на мелкодисперсных твердых частицах аэрозоля ТПАГ попадающих в зону пламени;

б) при нахождении очага горения внутри струи ТПАГ, дополнительно начинают действовать

1. охлаждение нагретой горящей поверхности (как крупными, так и мелкими каплями) резко снижающее поступление паров горючего в зону пламени, в первую очередь за счет испарения капель доставленных и внедренных на поверхность (или даже в объем нагретой зоны) струей ТПАГ

2. отбор тепла в зоне пламени за счет смешения газовых потоков, нагрева и частичного или полного испарения частиц аэрозоля внедренных в зону пламени струей ТПАГ

3. механический сдув пламени (нарушение стадийности горения) струей ТПАГ;

4. торможение горения за счет разбавления концентрации окислителя и горючего в зоне пламени за счет смешения с потоком ТПАГ

Наличие такого большого числа факторов сильно затрудняет оптимизацию параметров тушащей струи, поскольку в настоящее время, не исследован вклад отдельных составляющих в совокупный тушащий эффект, а усовершенствования ТПАГ, проводимые для усиления какого-либо фактора могут приводить к ослаблению других или снижению экономической эффективности тушения или области применения. Например, увеличение доли мелких частиц в аэрозоле (может быть достигнуто за счет уменьшения соотношения компонентов), что должно благоприятно сказаться на мехонизме тушения по фактору 1), может привести к ухудшению тушения по факторам 6), 8) из-за отсутствия более крупных капель.

Теоретический анализ влияния отдельных факторов тушащего эффекта должен основываться на физико-химическом описании очага горения. Наиболее простыми моделями такого очага могут служить:

• диффузионный факел – для рассмотрения непосредственного воздействия струи ТПАГ

• приближения к реактору идеального смешения /¹⁰/ - для оценки наличия тушения внутри полостей, закрытых от струй ТПАГ.

Для анализа диффузионного факела можно использовать соответствующую модель струйного течения. Для оценки тушения в модели реактора идеального смешения можно привлечь данные о гидродинамических режимах существования газовзвеси частиц в турбулентных потоках (движение дисперсной частицы в стесненных условиях) и о распределении взвешенных дисперсных частиц по объему, используя данные о пульсационных характеристиках в следах струй огибающих препятствия.

Анализ процессов тепло-массообмена протекающих в помещении с работающим термохимическим пароаэрозольным генератором (ТПАГ) является основой для выбора оптимального расположения генетаторов, а также, оптимизации параметров генератора с точки зрения геометрии тушащих струй.

После истечения из генератора, в струе происходят интенсивные тепло-массообменные процессы связанные:

• с распадом перегретых капель воды под действием образующегося, при вскипании, внутри них пара и внешнего аэродинамического воздействия парогазового потока;

• с конденсацией пара, находящегося в составе продуктов истекающих из сопла, образующегося при вскипании перегретых капель, содержащегося в продуктах горения модельных очагов, испарившегося с поверхности капель;

• с турбулизацией среды истекающими из генераторов струями и образующимися тепловыми конвективнми потоками над очагами горения и рядом с открытыми проемами

• с эжекцией окружающего воздуха и содержащихся в нем взвешенных частиц

• с взаимодействием истекающей струи с встречающимися на ее пути преградами

• с образованием вторичных капель при ударах о преграды

• с взаимодействием струи истекающей из ТПАГ со струями других генераторов, отраженными от преград струями, конвективными струями горячих продуктов сгорания над очагами пламени, струями, образующимися при истечении воздуха из помещения через открытые проемы

• с коагуляцией и дроблением находящихся в струях капель

• с сепарацией частиц и капель

• с изменением состава и температуры среды в объеме помещения

• с взаимодействием струй и взвешенных частиц с зоной пламени и нагретыми поверхностями

В связи со сложностью протекающих тепло-массообменных процессов, модели комплексного описания явлений имеющих место в объеме помещения требуют применения сложных численных алгоритмов и больших временных затрат как на их программирование, так и на выполнение расчетов. Это делает практически невозможным использование таких моделий для оптимизации расположения генераторов в помещении, оставляя за ними функции проверочных расчетов.

В настоящее время, число моделей струйных течений, для которых найдены соответствующие интегральные соотношения чрезвычайно многочислены. В последние годы большой прогресс достигнут не только в описании сложных однофазных струйных течений, например распространяющихся в поперечном потоке, в том числе и
двухфазных /¹¹/.

В таблицах 3 – 5 приведен анализ применимости ряда моделей струйных течений, описаных в литературных источниках, которые можно использовать для упрощенного описания зон помещений в которых работает ТПАГ.

Таблица 5

Схемы струйных течений

Модель струйного течения	Зона бокса	Степень соответствия процессов	Схема течения, основные рассчитываемые парметры	Источники
Одноконтинуальная струя несжимаемой жидкости в безграничном потоке (свободная затопленая струя)	Струя ТПАГ после диспергирования до встречи с преградой	Низкая	Границы зон смешения и основной участок струи, осредненные и пульсационные характеристики (скорости, температуры и концентрации инертной примеси ) вдоль и перпендикулярно оси струи.	/12/
Одноконтинуальная струя несжимаемой жидкости в потоке, ограниченном тенками канала	То же	Средняя	Осредненные и пульсационные характеристики струи. Эжекционные свойства. Начальный участок. Распределение давления на подстилающей поверхности вокруг струи и в области следа за ней. Осредненные характеристики течения в области струи и следа. Пульсационные характеристики течения в области струи и следа	/13/
Турбулентная струя, бьющая в тупик	Взаимодействие струи ТПАГ со стенкой	Средняя	То же
Струя естественной конвекции (вертикальная струя подогретого газа)	Диффузион­ный факел	Низкая	То же
Ограниченная затопленная двухфазная струя в спутном потоке	Взаимодействие струи ТПАГ со стенкой	Высокая	Расчет турбулентных затопленных струй конечного размера. Определение степени разрежения в зоне обратных токов за струей.

22

Таблица 6

Схемы струйных течений

Модель струйного течения	Зона бокса	Степень соответствия процессов	Схема течения, основные рассчитываемые парметры	Источники
Двухфазная струя химически реагирующих компонентов	То же	Высокая	Нет простых моделей
Истечение струй перегретых жидкостей	Струя ТПАГ на участке диспергирования	Средняя	Смотри раздел 2.2
Свободная затопленная струя высокой скорости	То же	Средняя	Гидродинамические параметры свободных сверхзвуковых струй. Профили скорости, температуры и концентрации примеси. Тра­ектория струи. Основной участок. Струя большой скорости. Влияние геометрических и режимных параметров на характери­стики течения в плоской струе. Длина подстилающей поверхности. Боковые стенки и число Рейнольдса истечения струи. Свободная поверхность поперечного потока

23