Povyšenie èffektivnosti gazovogo požarotušeniâ udarnoj volnoj

• Autorzy: Balanyuk V. M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.43.3.2016.8

Warianty tytułu

EN

Increasing the Effectiveness of Fire Extinguishing using a Gas Method which Applies a Shock Wave

PL

Zwiększenie skuteczności gaszenia pożarów metodą gazową z wykorzystaniem fali uderzeniowej

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Objective: Determine the parameter in order to increase the effectiveness of fire extinguishing of CO2 and N2, as well as the power of the shock wave when they are all applied to extinguish a diffusion flame of n-heptane С7N16. Determine the properties of the proposed combined method of extinguishing the diffusion flame of n-heptane in a special test chamber. Methods: In order to determine the potential of the method of extinguishing the diffusion flame of n-heptane using, at the same time, CO2 and N2 and a shock wave, which occurs during the explosion of a pyrotechnic charge, a test station was prepared. It was a chamber of a volume of 0.5 m3 where a shock wave generator was located, and a crucible with n-heptane was placed at a distance of 1.75 m from it. Gas was delivered through a gasometer. The pressure at the front of the shock wave was measured using a pressure sensor and a temperature BMP180 for Arduino controllers, where the work is based on the piezoresistive effect. Visualization of the process of using, at the same time, CO2 and N2 and a shock wave was performed using Nikkon 1 j4 camera with the ability to record images at the speed of 1200 frames per second. Results: In this paper experimentally justified was the fact that combined action of a shock wave and CO2 or N2 on the n-heptane flame, in the chamber at a distance of 2 meters leads to its supression by bursting and defragmentation. Moreover it was experimentally proven that the extinguishing effect of the shock wave with the front pressure of 125 Pa ensures extinguishing with CO2 at a concentration level of 20.3% and N2 at 30.2%. Increasing the power of the shock wave up to 180 Pa allows to reduce the extinguishing concentration of CO2 to 8.2% and of N2 to 15.4%. Based in the analysis of a series of shots, it can be observed that the extinguishing time in comparison to extinguishing method using only a shock wave with the front pressure of approximately 215 Pa is three times shorter. Conclusions: The possibility of a significant increase in the efficiency of extinguishing using CO2 and N2 gases and a shock wave based on the example of a test n-heptane fire in a chamber at a distance of 2 meters was justified and experimentally demonstrated in this paper. Moreover, it has been proven experimentally that during extinguishing a n-heptane diffusion flame using a shock wave of 180 Pa, the necessary concentration of CO2 is reduced by two and a half, and in case of N2 – two times. The experiment confirmed that as a result of simultaneous use of a shock wave and extinguishing gas extinguishing, the time to extinguish the n-heptane diffusion flame significantly shortened. In the case of the CO2 the time required to extinguish the flame is 7 times shorter and in case of N2 it is up to 4.2 times faster as compared to extinguishing the flame using only a shock wave, which takes 350 milliseconds. The features of the proposed combined method of extinguishing the diffusion flame in a special chamber were determined using an experimental method. This includes, in particular, the fact that the start time of defragmentation is greatly reduced and the flame becomes less fragmented. As a result, the extinguishing process takes less time.

PL

Cel: Określenie parametrów mających na celu zwiększenie skuteczności gaśniczej CO₂ i N₂ oraz mocy fali uderzeniowej przy ich jednoczesnym zastosowaniu do gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu C₇H₁₆. Określenie właściwości zaproponowanego łączonego sposobu gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu w warunkach specjalnej komory testowej. Metody: Do określenia możliwości metody gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu za pomocą jednoczesnego gazów CO₂ i N₂ i fali uderzeniowej, powstałej w wyniku wybuchu ładunku pirotechnicznego, przygotowane zostało stanowisko w postaci komory o objętości 0,5 m³, w której umieszczony został generator fal, a w odległości 1,75 m tygiel z n-heptanem. Gaz dostarczany był przy użyciu gazometru. Ciśnienie na czole fali uderzeniowej mierzono za pomocą czujnika ciśnienia i temperatury BMP180 dla kontrolerów Arduino, którego praca jest oparta na działaniu piezorezystancyjnym. Wizualizację procesu jednoczesnego gaszenia gazami CO₂ i N₂ oraz falą uderzeniową przeprowadzono z wykorzystaniem kamery Nikon 1 j4 z możliwością zapisu zdjęć z prędkością 1200 kadrów na minutę. Wyniki: W pracy uzasadniono i wykazano eksperymentalnie, że wspólne działanie na płomień n-heptanu fali uderzeniowej i gazów CO₂ i N₂, w komorze w odległości 2 metrów prowadzi do jego tłumienia poprzez rozerwanie i defragmentację. Eksperymentalnie udowodniono, że działanie gaśnicze fali uderzeniowej o ciśnieniu na czole w wysokości 125 Pa zapewnia gaszenie CO₂ w stężeniu 20,3% i N₂ przy stężeniu 30,2%. Zwiększenie mocy fali uderzeniowej do 180 Pa pozwala na zmniejszenie stężenia gaśniczego CO₂ do 8,2% i N₂ do 15,4%. Na podstawie analizy serii ujęć można zaobserwować, że czas gaszenia w porównaniu do gaszenia tylko falą uderzeniową o ciśnieniu (na czole) około 215 Pa jest trzykrotnie krótszy. Wnioski: W pracy uzasadniono i dowiedziono eksperymentalnie możliwość znaczącego zwiększenia skuteczności gaśniczej gazów CO₂ i N₂ z wykorzystaniem fali uderzeniowej na przykładzie testowego pożaru n-heptanu w komorze w odległości do 2 metrów. Udowodniono eksperymentalnie, że podczas gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu falą uderzeniową o mocy 180 Pa potrzebne stężenie CO₂ zmniejsza się dwuipółkrotnie, a N₂ dwukrotnie. Eksperyment potwierdził, że w rezultacie jednoczesnego zastosowania fali uderzeniowej i gazu gaśniczego znacznemu skróceniu ulega czas gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu. W przypadku z CO₂ czas potrzebny do ugaszenia płomienia jest 7 razy krótszy, a N₂ do 4,2 razy krótszy w stosunku do gaszenia wyłącznie falą uderzeniową, które zajmuje 350 milisekund. Metodą eksperymentalną określono cechy zaproponowanej łączonej metody gaszenia płomienia dyfuzyjnego w warunkach specjalnej komory. Należy do nich m.in. fakt, że czas rozpoczęcia fragmentacji znacznie się skraca i płomień ulega mniejszej fragmentacji. Dzięki temu gaszenie trwa krócej.

Słowa kluczowe

EN

fire; shock wave; gas fire extinguishing; fire extinguishing concentration; diffusion flame

PL

pożar; fala uderzeniowa; gaszenie gazowe; stężenie gaśnicze; płomień dyfuzyjny

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 43, nr 3
• Strony: 81--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Balanyuk V. M.

• Lviv State University of Life Safety

Bibliografia

• [1] Carbon dioxide CO2. Thing global green webservice, http://www.thinkglobalgreen.org/carbondioxide.html [accessed: 25.07.2016].
• [2] United Nation Environmental Program (UNEP), Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer, Report of the Halon Fire-extinguishing Agents Technical Options Committee, 1994.
• [3] Kyoto Protocol To The United Nations Framework Convention On Climate Change, http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kprus.pdf [accessed: 25.07.2016].
• [4] Carhart H. W., Fielding F. J., Applications of Gaseous Fire Extinguishants in Submarines,” Symposium on Appraisal of Halogenated Fire Extinguishing Agents, National Academy of Sciences, Washington DC 1972, 239-256.
• [5] Sakei R., Saito N., Saso Y., Ogawa Y., Inoue Y., Flameextinguishing Concentrations of Halon Replacements for Flammable Liquids, Report of Fire Research Institute of Japan, 1995, 36-42.
• [6] Moore T.A., Yamada N, Nitrogen gas as a halon replacement, Halon Options Technical Working Conference 12–14 May. 1998, 330–338.
• [7] Fire suppression systems inert gases, http://www.aft.net/products/fire-suppression/inert-gases [accessed: 25.07.2016].
• [8] Saito N., Saso Y., Ogawa Y., Otsu Y., Kikui H., Fire Extinguishing Effect Of Mixed Agents Of Halon 1301 And Inert Gases, “Fire Safety Science” 1997, 5, 901–910.
• [9] Balanyuk V.M., Zhurbinskiy D.A., Phlegmatisation of flammable gas mixtures by aerosol sprays, BiTP Vol. 32 Issue 4, 2013, pp. 53–58.
• [10] Węsierski T., Wilczkowski S., Radomiak H., Wygaszanie procesu spalania przy pomocy fal akustycznych, BiTP Vol. 30 Issue 2, 2013, pp. 59-64.
• [11] Poisot T., Yip B., Veynante P., Trouve A., Samaniego J. M., Candel S., Zero-g acoustic fire suppression system, «Journal de Phisique III», 1992, 2, 1331.
• [12] Anthony S., DARPA creates sound-based fire extinguisher, http://www.extremetech.com/extreme/132859-darpa-createssound-based-fire-extinguisher. [accessed: 25.07.2016].
• [13] Zeldovych Ya.B., Raizer Yu.P. Fyzyka udarnykh voln y vysokotemperaturnykh hydrodynamycheskykh yavlenyi, Nauka, Moskva 1966, 686.
• [14] Hryshyn A.M., Zyma V.P., Kasymov D.P., Prymenenye vzryvchatykh veshchestv v ustroistvakh lokalyzatsyy y tushenyia pryrodnykh pozharov, „Pozharovzryvobezopasnost’” 2015, 24(7).
• [15] Balaniuk V.M., Kopystynskyi Yu.O., Lavreniuk O.I. Vzaiemodiia polumia i vohnehasnoho aerozoliu rechovyny pid vplyvom udarnoi khvyli, „Pozhezhna bezpeka” 2011, 18, 71-75.
• [16] Kurbatskyi N.P., Valendyk Ye.N., Lokalyzatsyia lesnykh pozharov nakladnymy shnurovymy zariadamy, Krasnoiarskyi rabochyi, Krasnoiarsk 1970, 320-332.
• [17] Reva H.V., Kutsenko L.M., Metod otsinky intensyvnosti dii udarnoi khvyli napravlenoho vybuvu dlia hasinnia lisovykh pozhezh, KhIPB, Kharkiv 1998, 80.
• [18] Grishin A., Interaction of shockwaves with tree crowns and the front of crown forest fires, Proceedings of the 19th International Symposium on Shock Waves Held at Marseille, France, 26-30 July 1993, Springer, 411-417.
• [19] Grishin, A.M., Perminov V.A., Mathematical modeling of the ignition of tree crowns, “Combustion, Explosion, and Shock Waves” 1998, 34(4), 378-386.
• [20] Grishin, A.M., Zima V.P., Mashovich A.Ya, Samoilov V.I., Experimental study between shock generated with point charges and crowns [w:], Proceedings of international conference, Tomskiy Gosudarstvennyy Universitet, Tomsk 2000, 83-85.
• [21] Grishin A.M., Golovanov A.N., Extinction of combustible forest materials by constant and varying actionsof an inert gas flow in the combustion zone, „Combustion, Explosion, and Shock Waves” 2001, 37(5), 558-562.
• [22] Senchykhyn Yu.N., Huzenko V.A., Tushenye lesnykh pozharov napravlennymy vzryvamy, [w:] Krupnye pozhary: preduprezhdenye y tushenye: Mater. 16 nauch.-prakt. konf. Ch. 2., VNIIPO, Moskva 2001, 112-114.
• [23] Hryshyn A.M., Zyma V.P., RU 2458716 S1, 20.08.2011.
• [24] Hryshyn A.M., Zyma V.P., RU 2496539, 16.08.1998.
• [25] Hryshyn A.M., Zyma V.P. Svidete’lstvo PM 10582 Rossyiskaia Federatsyia. Dezyntehrator fronta nyzovoho lesnoho pozhara s ohnehasiashchym patronom / №98120291 zaiavl.02.11.1998; opubl. 16.08.1998, Biul. №8.
• [26] Hruzdev A.H., Kaidalov V.V., Osypkov V. N., Oryonov Yu.Э., Strelets A.V., Yashnev Yu.Y., Sovremennye tekhnolohyy kombynyrovannoho tushenyia pozharov hazovykh, hazoneftianykh y neftianykh fontanov, „Pozharnaia bezopasnost: sb. nauchn. dokl.” 2011, 3, 84-88.
• [27] Drysdale, D.D., Vvedenye v dynamyku pozharov, Bomshtein K.H. (transl.), Stroyizdat, Moskva 1985, 423.
• [28] Ruev H.A, Fedorov A.V., Fomyn V.M., Razvytye neustoichyvosty Rykhtmaiera – Meshkova pry vzaymodeisvyy dyffuzyonnoho sloia smeshenyia dvUV hazov s udarnymy volnamy, „Prykdladnaia mekhanyka y tekhnycheskaia fizyka” 2005, 46(3), 3-11.
• [29] Doig G., Johnson Z., Mann R., Shock Wave Interaction with a Flame, 18th Australasian Fluid Mechanics Conference Launceston, Australia 3-7 December 2012, NSW 2052.
• [30] Abdurahymov Y.M., Hovorov V.Iu., Makarov V.E, Fyzykokhymycheskye osnovy razvytyia y tushenyia pozharov, VPTSh MVD SSSR, Moskva 1980, 255.
• [31] Balaniuk V.M. Kopystynskyi Yu.O., Lavreniuk O.I., Vyznachennia efektyvnosti hasinnia vohnehasnoiu aerozolnoiu rechovynoiu v umovakh zastosuvannia hazovykh udarnykh khvyl, „Pozhezhna bezpeka: zb. nauk. Prats” 2012, 21, 23-28.
• [32] Balaniuk V.M., Boiko T.B., Kopystynskyi Yu.O., Zhurbynskyi D.A., Vykorystannia udarnykh khvyl pry hasinni dyfuziinoho polumia vohnehasnymy aerozoliamy, „Pozhezhna bezpeka: teoriia i praktyka: ChIPB” 2014, 18, 32-37.
• [33] Reva H.V., Hasinnia verkhovykh lisovykh pozhezh udarnymy khvyliamy napravlenykh vybkhiv, „Pozhezhna bezpeka: teoriia i praktyka” 1999, 3-6.
• [34] Huzenko V.A., Senchykhyn Yu.M., Rudenko S.Iu., Udoskonalennia metodu hasinnia lisovykh pozhezh napravlenym vybнрom za rakhunok vykorystannia osoblyvostei formy udarnykh vybukhovykh khvyl, „Problemy pozharnoi bezopasnosty” 2011, 29, 50-54.
• [35] Reva H.V., Kutsenko L.N., Kuleshov N.N., Izobrazhenye fronta udarnoi volny, otrazhennoi tsylyndrycheskoi synusoydalnoi poverkhnostiu, [w:] Problemy horenyia y tushenyia pozharov na rubezhe vekov : mater. XV nauchno-praktycheskoi konferentsyy, VNIIPO, Moskva 1999, 1307- 1309.
• [36] Kopylov N.P., Moskvylyn E.A.,. Zharkov V.H, Sushkyna Ye.Iu., Tushenye ochahov pozhara vzryvom, [w:] Krupnye pozhary: preduprezhdenye y tushenye: sb. tez. dokl. Materyaly XVI nauchnopraktycheskoi konferentsyy, VNIIPO, Moskva 2001, 27-28.
• [37] Balanyuk V.M., Extinguishment of n-heptane diffusion flames with the shock wave, BiTP Vol. 42, Issue 2, 2016, pp. 103-111.
• [38] Khytryn A.N., Fizika gorenyia i vzryva, Izdatel’stvo Moskovskogo Universiteta, Moskva 1957, 442.
• [39] Morton B.R., Taylor G., Turner J.S. Turbulent gravitation convection from maintained and instantaneous sources, “Proc Roy Soc A” 1956, 234(1196).
• [40] BMP180 Digital pressure sensor data sheet, https://www.adafruit.com/datasheets/BST-BMP180-DS000-09.pdf [accessed: 10.07.2016].
• [41] CoolTerm application, http://freeware.the-meiers.org/[accessed: 10.07.2016].

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.