Vzaimodejstvie konvektivnyh potokov pri požare v gornoj vyrabotke

• Autorzy: Pashkovskiy P. S. , Zinchenko I. N. , Bryum V. Z.

Warianty tytułu

EN

Interaction of Convective Flows during Fire Incidents in Mine Workings

PL

Wzajemne oddziaływanie przepływów konwekcyjnych przy pożarze w wyrobisku górniczym

• Języki publikacji: UK

Abstrakty

EN

Aim: The article is concerned with the problem of convective flows interaction in the presence of lifting powers caused by high temperature conditions created by developed fires. Additionally, the article reveals an analysis of investigation results in this direction. The authors have shown, in an examination of the velocity structure of a ventilation flow during reverse movements of fire gases, that the flow is either separated into two parts (input and output to and from the chamber) or the flows are superimposed without taking account of a boundary layer near the roof of a mine working or zero air velocity movement at the walls, what happens in practice. Methods: In tandem with the intention to specify the interaction mechanism of the convective flows of the fire gases the authors simultaneously took into account both the turbulent and laminar movements of the gases by incorporating additional components to differential equations. Analytical solutions were obtained for velocity and temperature profiles in the proximity of the fire source. Results: It was established that the presence of the boundary layer under the roof of the mine working sharply deforms the identified profiles, revealing the realistic picture of the process of the convective transfer of admixtures to the gravitation field. The calculations show that, in the absence of a fire, the velocity profile of the air flow taking account of turbulent and laminar movements, most accurately describes the velocity structure of the air flow. This is in contrast with the favored parabola curve for the laminar stream or with the straight line for turbulence when the velocity at the walls of the mine working does not equate to zero. The fundamental difference between the results derived from the technique developed by research and results derived by the popular methods is that the velocity profiles of the air flow realistically reproduce the turbulent movement of the fire gases in the stream core by taking account of the change to the laminar movement at the walls of the mine working, where the boundary layer is formed. The analysis of the results obtained reveals that in the absence of the fire the air velocity profile is symmetrical in relation to the axis of the mine working. By origin of the fire one can observe a deformation of the velocity profile, and this is attributable to the stream core movement towards the soil of the mine working, and air, in a sense, moves away from the roof. Ultimately, a moment occurs during which the stream is pushed down in the upper part of the mine working. Derived temperature profiles reveal the observed picture of the fire gases trail under the roof of the mine working with its gradual disperse. Conclusions: The presented technique allows for linear evaluation of the fire gases flowing in reverse and that one of the hightemperature trial during the developed fire when the trail length will be at its maximum. The information acquired during observation and computer-aided prediction of reverse fire gases flows is necessary for the detection of the fire and its elimination.

PL

Cel: Artykuł poświęcony jest problemowi wzajemnego oddziaływania przepływów konwekcyjnych podczas wystąpienia sił nośnych w warunkach wysokich temperatur przy rozwiniętym pożarze. W artykule przedstawiono analizę wyników badań omawianego zjawiska. Autorzy wykazali, że przy badaniu struktury prędkości przepływu wentylacyjnego przy ruchach wstecznych gazów pożarowych przepływ rozdziela się na dwie składowe (wchodzącą i wychodzącą z obszaru wyrobiska) lub przepływy nakłada się na siebie bez uwzględnienia warstwy granicznej przy stropie wyrobiska oraz zmiany prędkości przepływu powietrza do zera przy ścianach, co zachodzi w rzeczywistości. Metody: W celu określenia mechanizmu wzajemnego oddziaływania przepływów konwekcyjnych gazów pożarowych autorzy zaproponowali jednoczesne uwzględnianie przepływów turbulentnych i laminarnych dla gazów pożarowych poprzez wprowadzenie do równań różniczkowych dodatkowych składowych. Otrzymano rozwiązania analityczne dla profili prędkości i temperatury w pobliżu źródła pożaru. Wyniki: Ustalono, że obecność warstwy granicznej pod stropem wyrobiska diametralnie zmienia przedstawione profile, pokazując rzeczywisty obraz procesu przepływu konwekcyjnego domieszek w polu grawitacji. Jak wykazały wyniki obliczeń, w sytuacji bez pożaru, profil prędkości przepływu powietrza uwzględniający tryb turbulentny i laminarny najdokładniej opisuje strukturę prędkości przepływu powietrza – w odróżnieniu od zwykle wykorzystywanej krzywej paraboli dla przepływu laminarnego lub linii prostej przy ruchu turbulentnym, kiedy prędkość na ścianach wyrobiska nie jest równa zero. Różnica pomiędzy wynikami otrzymanymi dzięki opracowanej metodyce badań wzajemnego oddziaływania strumieni konwekcyjnych a wynikami znanych metod polega na tym, że w przypadku tych pierwszych profile prędkości strumienia powietrza odwzorowują realny obraz przepływu turbulentnego w strumieniu głównym ze zmianą ruchu na laminarny przy ścianach wyrobiska, gdzie tworzy się warstwa graniczna. Analiza otrzymanych wyników wskazuje na to, że przy braku pożaru profil prędkości powietrza jest symetryczny względem osi wyrobiska. Podczas powstania pożaru obserwowana jest zmiana profilu prędkości, która polega na tym, że strumień główny przesuwa się do podłoża wyrobiska, a powietrze jakby odrywa się od stropu. Ostatecznie następuje moment, w którym w górnej części wyrobiska zachodzi zjawisko zmiany kierunku przepływu. Otrzymane profile temperatury odwzorowują obserwowane zjawisko przepływu gazów pożarowych pod stropem wyrobiska ze stopniową ich dyspersją. Wnioski: Przedstawiona metoda pozwala ocenić drogę przepływu wstecznego gazów i drogę wysokotemperaturowego strumienia podczas pożaru rozwiniętego, kiedy długość przepływu osiąga wartość maksymalną. Informacje otrzymane w drodze obserwacji i symulacji komputerowej przepływu wstecznego gazów pożarowych są niezbędne do detekcji i zwalczenia pożaru.

Słowa kluczowe

EN

fire; flows of gases; velocity, temperature; laminar mode; turbulent mode; gravitation field; inclination of the working; overthrow of the flow; propagation distance

PL

pożar; strumienie gazów; prędkość; temperatura; tryb laminarny; tryb turbulentny; pole grawitacji; nachylenie wyrobiska; zmiana kierunku przepływu; zasięg rozprzestrzeniania

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 4
• Strony: 95--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il.

Twórcy

autor

Pashkovskiy P. S.

• The “Respirator” Scientific Research Institute of Mine-Rescue Work and Fire Safety; Ukraine, 83048, Donetsk, Artem, 157

autor

Zinchenko I. N.

• The “Respirator” Scientific Research Institute of Mine-Rescue Work and Fire Safety; Ukraine, 83048, Donetsk, Artem, 157

autor

Bryum V. Z.

• Тhe state enterprise “Petrovsky coal machine building plant”; Ukraine, 83038, Donetsk, 1, Chusovskaya st

Bibliografia

• 1. Eisner H.S., Smith P.B., Convection effects from underground fires, “Colliery Guardian”, Vol. 189, Issue 4879, 1954, pp. 311-315.
• 2. Gladkov Yu. A., Belik I.P., Privalov N.I., Opyt likvidatsii slozhnykh avariy na ugol’nykh shakhtakh Ukrainy, Tekhnika, Kiev 1992, p. 192.
• 3. Drayzdel D., Vvedeniye v dinamiku pozharov, Stroyizdat, Moscow 1990, p. 424.
• 4. Pashkovskiy P.S., Kravchenko N.M., Ugroza proniknoveniya pozharnykh gazov navstrechu svezhey struye vozdukha v vyrabotkakh, „Ugol’ Ukrainy”, Issue 1, 2003, pp. 54-56.
• 5. Kravchenko N.M., Vliyaniye poperechnoy sostavlyayushchey temperaturnogo gradiyenta na obrazovaniye vstrechnogo potoka pozharnykh gazov, “Gornospasatel’noye delo”, Issue 45, 2008, pp. 116-123.
• 6. Lykov A.V., Teplomassoobmen: spravochnik, Energiya, Moscow 1980, p. 580.
• 7. Grashchenkov N.F., Petrosyan A.E., Frolov M.A., Rudnichnaya ventilyatsiya: spravochnik, Nedra, Moscow 1988, p. 440.
• 8. Loytsyanskiy L.G., Mekhanika zhidkostey i gazov, Drofa, Moscow 2003, p. 840.
• 9. Kravchenko N.M., Kravchenko M.V., Raschet kontsentratsii metana v seti gornykh vyrabotok s uchetom vliyaniya vstrechnykh gazovykh potokov, “Gornospasatel’noye delo”, Issue 50, 2013, pp. 44-49.