Tušenie diffuzionnogo plameni n-geptana udarnoj volnoj

• Autorzy: Balanyuk V. M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.42.2.2016.10

Warianty tytułu

EN

Extinguishment of N-heptane Diffusion Flames with the Shock Wave

PL

Gaszenie płomienia dyfuzyjnego n-heptanu z wykorzystaniem fali uderzeniowej

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Objective: To determine the effectiveness of extinguishing diffusion flames of n-heptane with a shock wave (SW). Establishing a possible mechanism of suppression of diffusion flame with a shock wave on n-heptane С7Н16 flame. Determination of the intensity of the shock wave, which leads to extinguishing n-heptane flame under a special camera. Methods: To determine the possibility for extinguishing the diffusion flame by a shock wave, which occurs during the explosion of a pyrotechnic charge, equipment that looked like a camera with volume of 0.5 m³ was installed. A surge generator was placed inside it and a crucible with n-heptane was located at a distance of 1.75 m. The pressure measurement at the front of the shock wave was conducted using BMP-180 pressure sensor for Arduino controllers. Visualization of the extinguishing process of the shock wave was carried out using Nikon 1 j4 camera with the possibility of obtaining frames at a speed of 1200 frames per second. Results: This article presents as an experiment that the impact of a shock wave with front pressure of about 215 Pа in the chamber at a distance up to 2 meters on n-heptane flame, oleads to its suppression by tearing and defragmentation. Time periods, which confirm the effectiveness of fire-extinguishing of the shock wave, and the transition states of instability have been recorded on video at a frequency of 1200 frames per second. This way respective stages of the storyboard, time periods of flame instability at a pressure of 190 Pa SW, and extinguishing time capacity SW of 215 and 316 Pa were obtained . Conclusions: Extinguishing diffusion flames of n-Heptane shock wave with a power equal to approximately 215 Pа created in the chamber at a distance of 2 meters were theoretically analyzed and experimentally proven to be highly effective e. Based on presented theoretical deliberations a possible mechanism of interaction of shock wave – flame was created. As a result of tearing of the flames, reduction of the following parameters takes place: concentration of the reactants in the combustion zone, pressure, introducing additional gaseous components into the combustion zone, and a sharp decrease in temperature of gasaround the flame. The proposed extinguishing method can guarantee efficient extinguishing of diffusion flames at the initial stage of a fire in hard to reach places and spaces with flammable liquids.

PL

Cel: Zbadanie skuteczności gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu falą uderzeniową. Określenie możliwego mechanizmu gaszenia płomienia dyfuzyjnego falą uderzeniową na przykładzie płomienia n-heptanu С₇Н₁₆. Ustalenie mocy fali uderzeniowej, przy której rozpoczyna się proces gaszenia w warunkach laboratoryjnych przy użyciu specjalnej komory. Metody: W celu określenia możliwości gaszenia płomienia dyfuzyjnego falą uderzeniową, która powstaje podczas eksplozji ładunku pirotechnicznego przygotowano specjalnie wyposażone stanowisko z komorą o objętości 0,5m³, w której umieszczono generator fal uderzeniowych, a w odległości 1,75 m tygiel z n-heptanem. Pomiar ciśnienia na froncie fali uderzeniowej wykonywany był za pomocą czujnika ciśnienia i temperatury BMP-180 dla kontrolerów Arduino, praca którego oparta jest na działaniu piezorezystancyjnym. Wizualizację procesu gaszenia falą uderzeniową przeprowadzono z wykorzystaniem kamery Nikon 1 j4 z możliwością zapisu ujęć z prędkością 1200 kadrów na sekundę. Wyniki: W artykule wykazano eksperymentalnie, że wpływ fali uderzeniowej o cieśnieniu na jej froncie wynoszącym ok. 215 Pa na płomień n-heptanu w komorze w odległości do 2 metrów, prowadzi do jego tłumienia poprzez rozerwanie i defragmentację. Zakresy czasowe, które potwierdzają skuteczność gaszenia falą uderzeniową oraz przejściowe stany niestabilności zostały zarejestrowane na taśmę wideo z prędkością 1200 kadrów na s. W ten sposób otrzymano serię ujęć każdego etapu, okresów niestabilności płomieni przy ciśnieniu fali uderzeniowej równej 190 Pa, oraz chwili gaszenia fali o mocy 215 i 316 Pa. Wnioski: W pracy przeanalizowano teoretycznie oraz udowodniono eksperymentalnie wysoką skuteczność metody gaszenia płomienia dyfuzyjnego n-heptanu falą uderzeniową o mocy równej ok. 215 Pa powstałą w komorze, w odległości do 2 metrów. Na podstawie przedstawionych rozważań teoretycznych opracowano możliwy mechanizm oddziaływania fala uderzeniowa – płomień. W wyniku rozerwania płomieni dochodzi do spadku parametrów takich jak: koncentracja substratów reakcji w strefie spalania, ciśnienia oraz wprowadzenia do strefy spalania dodatkowych składników gazowych oraz gwałtownego spadku temperatury gazów wokół płomienia. Zaproponowana metoda gaśnicza może zagwarantować skuteczne gaszenie płomieni dyfuzyjnych w ich początkowym stadium w zamkniętych i trudno osiągalnych miejscach oraz pomieszczeniach z płynami palnymi.

Słowa kluczowe

EN

fire; shock wave; fire extinguishing; fire suppression; diffusion flame

PL

pożar; fala uderzeniowa; gaszenie pożarów; płomień dyfuzyjny

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, nr 2
• Strony: 103--111
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Balanyuk V. M.

• Lviv State University of Life Safety, Ukraine

Bibliografia

• [1] Demidov P.G., Gorenye i svoystva goryuchykh veshchestv, Khimiya, Moskva 1973, 248.
• [2] Kopylov N.P., Moskvylyn E.A., Zharkov V., Sushkyna E.Yu., Tusheniye ochagov pozhara vzryvom, [w:] Krupnye pozhary: preduprezhdeniye y tusheniye. Sbornik tezysov. dokl. mater. XVI nauchno-prakticheskoy konferencji,VNIIPO, Moskva 2001, 27-28.
• [3] Lugovtsov B.А., Vzryv tushit pozhar, http://www.hydro.nsc.ru/institute/history/person/Lugovtsov4.php [dostup: 16.03.2016].
• [4] Girshfel’der J., Kertiss Ch., Berd R., Molekulyarnaya teoryya gazov i zhidkostey, Izdatel’stvo inostrannoy literatury, Moskva 1961, 928.
• [5] Zel’dovych Ya.B., Rayzer Yu.P., Fizika udarnykh voln i vysokotemperaturnykh gidrodinamicheskikh yavleniy, Nauka, Moskva 1966, 686.
• [6] Abduragimov I.M., Govorov V.Yu., Makarov V.E., Fyzyko-khimicheskiye osnovy razvitiya i tusheniya pozharov, VPTSh MVD SSSR, 1980, 255.
• [7] Węsierski T., Wilczkowski S., Radomiak H, Wygaszanie procesu spalania przy pomocy fal akustycznych, BiTP Vol. 30 Issue 2, 2013, pp. 59-64.
• [8] Poisot T., Yip B., Veynante P., Trouve A., Samaniego J. M., Candel S., Zero-g acoustic fire suppression system, “Journal de Phisique III”, Issue 2, 1992, p. 1331.
• [9] Anthony S., DARPA creates sound-based fire extinguisher, http://www.extremetech.com/extreme/132859-darpa-creates-sound-based-fire-extinguisher, [dustup: 16.03.2016].
• [10] Beisner E., Wiggins N.D., Kwok-Bun Y., Rosales M., Penny J., Lockridge J., Page R., Smith A., Guerrero L., Acoustic Flame Suppression Mechanics in a Microgravity Environment, “Microgravity Sci. Technol.” Vol. 27, 2015, pp. 141.
• [11] Grishin A.M., Zima V.P., Kasymov D.P., Primeneniye vzryvchatykh veshchestv v ustroystvakh lokalyzatsii i tusheniya prirodnykh pozharov, “Pozharovzryvobezopasnost’” Vol. 24. Issue 7, 2015, pp. 52-60.
• [12] Kurbatskiy N.P.,Valendik E.N., Lokalyzatsiya lesnykh pozharov nakladnymi shnurovymi zaryadami, Krasnoyarskyy rabochiy, Krasnoyarsk 1970, 320-332.
• [13] Reva V., Kutsenko L.M., Metod otsenki intensivnosti vozdeystviya udarnoy volny napravlennogo vzryva dlya tusheniya lesnykh pozharov, KhYPB, Kharkiv 1998, 80.
• [14] Grishin A., Interaction of shockwaves with tree crowns and the front of crown forest fires, [w:] Shockwaves @ Marseille III. Shockwaves in condensed matter and heterogeneous media, R. Brun, Z. Dumitrescu (ed.), Springer, 1993.
• [15] Grishin, A.M., Perminov, V.A., Mathematical modeling of the ignition of tree crowns, “Combustion, Explosion and Shock Waves” Vol. 34 Issue 4, pp. 378-386.
• [16] Grishin, A.M., Golovanov A.N., Extinction of Combustible Forest Materials by Constant and Varying Actions of an Inert Gas Flow in the Combustion Zone, “Combustion, Explosion, and Shock Waves” Vol. 37 Issue 5, 2001, pp.558-562.
• [17] Drysdale D., Vvedeniye v dinamiku pozharov, K. Bomshteyn (perevod), Moskva 1985, 423.
• [18] Deystviye udarnoy volny na cheloveka, zdaniya i sooruzheniya, http://studopedia.org/1-18377.html [dostup: 16.03.2016].
• [19] Radomiak H., Mazur M., Zajemska M., Musiał D., Gaszenie płomienia dyfuzyjnego przy pomocy fal akustycznych, BiTP Vol. 40 Issue 4, 2015, pp. 29-38.
• [20] BMP180 Digital pressure sensor - data sheet. https://www.adafruit.com/datasheets/BST-BMP180-DS000-09.pdf [accessed: 16.03.2016].
• [21] Roger Meier’s Freeware Website, http://freeware.the-meiers.org/ [accessed: 16.03.2016].
• [22] Sturmer J., McDonald A., Blasts, shockwaves could be deployed to battle fast-moving bushfires, http://www.abc.net.au/news/2014-05-21/blasts-shockwave-could-join-battle-against-fast-moving-bushfire/5468038 [accessed: 16.03.2016].

Uwagi

PL

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