Experimental Study of Flow Characteristics of Mobile Fans under Real Operating Conditions (Case Study)

• Autorzy: Kaczmarzyk Piotr , Noske Rafał , Janik Paweł , Krawiec Piotr

Identyfikatory

DOI

10.12845/sft.60.2.2022.5

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne charakterystyk przepływowych mobilnych wentylatorów w rzeczywistych warunkach pracy (studium przypadku)

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Aim: The aim of this article is to evaluate the effect of selected positioning parameters of the fan (positioning distance and impeller angle) on the ability to pump a volumetric airflow stream through a construction object. Method design: Mobile fans used during rescue operations are an important tool to reduce the spread of smoke during interior fires in buildings. Due to the nature of the use of these devices, the characteristics that determine their performance should be tested using test methodologies with characteristics similar to their actual conditions of use. The article presents the author's method for studying the volumetric flow rate of air. In addition, a flow resisting curtain (FRC) test stand for determining flow characteristics in real building systems was presented. The flow tests were carried out at a facility with a volume of 282 m3, which is a training room of the Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute. Results: As part of the performed research, the flow characteristics for the mobile fan sample were determined. The completed tests showed that the fan pumped a volumetric flow rate ranging from 2471 to 17997 m3/h. It was determined that the most favourable positioning distance of the tested fan calculated from the inlet opening to the room is 5 meters. At this distance, the highest values of volumetric flow rate were obtained for both studied slope angles – 0 and 8° (recorded values are 17298 and 17997 m3/h, respectively). Conclusions: Proper positioning of the mobile fan has a significant impact on the amount of airflow pumped through the building. The positioning parameters of the mobile unit are, respectively, the mechanism for changing the angle of the air supply and its mobility – the ability to move to another location. This article presents the results of a test of the volumetric flow characteristics of an air jet generated by a mobile fan. The test results showed that the parameters of fan positioning have a significant impact on the effectiveness of tactical mechanical ventilation during rescue operations. Observations made during the tests indicate that it is reasonable to implement requirements for the mandatory use of information boards showing the optimal positioning parameters for mobile units to achieve the highest possible expenditure.

PL

Cel: Celem artykułu jest ocena wpływu wybranych parametrów pozycjonowania wentylatora (odległości ustawienia i kąta nachylenia wirnika) na zdolność do przetłaczania objętościowego strumienia przepływu powietrza przez obiekt budowlany. Projekt metody: Mobilne wentylatory wykorzystywane podczas działań ratowniczych stanowią ważne narzędzie pozwalające ograniczyć rozprzestrzenianie się dymu podczas pożarów wewnętrznych obiektów budowlanych. Z uwagi na charakter wykorzystania tych urządzeń, cechy warunkujące ich skuteczność działania powinny być poddane badaniom z wykorzystaniem metodyk badawczych o charakterystyce zbliżonej do ich rzeczywistych warunków stosowania. W artykule przedstawiono autorską metodę badań objętościowego strumienia przepływu powietrza. Ponadto zaprezentowane zostało stanowisko badawcze FRC (ang. flow resisting curtain) przeznaczone do wyznaczania charakterystyk przepływowych w rzeczywistych układach obiektów budowlanych. Badania przepływowe wykonano na terenie obiektu o kubaturze 282 m3 stanowiącego salę szkoleniową Centrum Naukowo- -Badawczego Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowego Instytutu Badawczego. Wyniki: W ramach wykonanych badań określona została charakterystyka przepływowa dla próbki mobilnego wentylatora. W wyniku zrealizowanych testów wykazano, że wentylator przetłoczył objętościowy strumień w zakresie od 2471 do 17997 m3/h. Stwierdzono, że najkorzystniejsza odległość pozycjonowania badanego wentylatora liczona od otworu wlotowego do pomieszczenia wynosi 5 metrów. Przy tej odległości uzyskano największe wartości objętościowego strumienia przepływu dla obu zbadanych kątów nachylenia – 0 i 8° (odnotowane wartości to odpowiednio 17298 i 17997 m3/h). Wnioski: Odpowiednie ustawienie mobilnego wentylatora ma znaczący wpływ na wielkość tłoczonego strumienia powietrza przez obiekt budowlany. Parametrami pozycjonowania mobilnej jednostki są odpowiednio mechanizm zmiany kąta nawiewu oraz jego mobilność – możliwość przeniesienia w inne miejsce. W artykule przedstawiono wyniki badań charakterystyki przepływu objętościowego strugi powietrza generowanej przez mobilny wentylator. Uzyskane rezultaty testów wykazały, że parametry pozycjonowania wentylatora mają znaczący wpływ na efektywność działania taktycznej wentylacji mechanicznej podczas działań ratowniczych. Obserwacje przeprowadzone w trakcie testów wskazują na zasadność wdrożenia wymagań dotyczących obowiązku stosowania tablic informacyjnych przedstawiających optymalne parametry pozycjonowania mobilnych jednostek pozwalające osiągnąć możliwie największy wydatek.

Słowa kluczowe

EN

Positive Pressure Ventilator; PPV; mobile fan; full scale experiment; open flow; air flow rate

PL

wentylator nadciśnieniowy; PPV; wentylator mobilny; eksperyment na pełną skalę; przepływ otwarty; natężenie przepływu powietrza

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Safety & Fire Technology
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 60, iss. 2
• Strony: 104--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Kaczmarzyk Piotr

• Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy
• Poznań University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Machine Design / Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Instytut Konstrukcji Maszyn

• https://orcid.org/0000-0003-4310-6086

autor

Noske Rafał

• Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0002-0771-890X

autor

Janik Paweł

• Scientific and Research Centre for Fire Protection – National Research Institute / Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-4498-7575

autor

Krawiec Piotr

• Poznań University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Machine Design / Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Instytut Konstrukcji Maszyn

• https://orcid.org/0000-0003-3076-0337

Bibliografia

• [1] Kaczmarzyk P., Janik P., Klapsa W., Bugaj G., Possibilities of Using Mobile Fans and the Parameters Conditioning the Effectiveness of Tactical Mechanical Ventilation, SFT Vol. 59 Issue 1, 2022, pp. 58–82, https://doi.org/10.12845/sft.59.1.2022.3.
• [2] Kaczmarzyk P., Klapsa W., Janik P., Krawiec P., Identification and Evaluation of Technical and Operational Parameters of Mobile Positive Pressure Ventilation Fans Used durin Rescue Operations, SFT Vol. 58 Issue 2, 2021, pp. 74–91,https://doi.org/ 10.12845/sft.58.2.2021.5.
• [3] Lougheed G. D., McBride P. J., Carpenter D. W., Positive pressure ventilation for high-rise buildings, National Research Council Canada, Institute for Research in Construction, 2002, https://doi.org/10.4224/20378500
• [4] Fritsche M., Epple P., Delgado A., Development of a Measurement Method for the Classification and Performance Evaluation of Positive Pressure Ventilation (PPV) Fans, w: Fluids Engineering Division Summer Meeting, The American Society of Mechanical Engineers, Montreal, Quebec 2018,https://doi.org/10.1115/FEDSM2018-83278.
• [5] Kaczmarzyk P., Warguła Ł., Janik P., Krawiec P., Influence of Measurement Methodologies for the Volumetric Air Flow Rate of Mobile Positive Pressure Fans on Drive Unit Performance, “Energies” 2022, 15(11), 3953, https://doi.org/10.3390/en15113953.
• [6] PN-EN 5801:2017-12 Wentylatory – Badanie właściwości użytkowych z zastosowaniem stanowisk znormalizowanych.
• [7] ANSI/AMCA 240-15 Laboratory Methods of Testing Positive Pressure Ventilators for Aerodynamic Performance Rating.
• [8] Kaczmarzyk P., Małozięć D., Warguła Ł., Krawiec P., Comparative Analysis of Tests under Real Conditions and CFD Model for Selected Operation Parameters of a Mobile Fan Used by Fire Protection Units, “MATEC Web of Conferences” 2022, Vol. 357, 02011-1 - 02011-12, https://doi.org/10.1051/matecconf/202235702011.
• [9] Kaczmarzyk P., Janik P., Krawiec P., Klapsa W., Noske R., Measurment of air stream velocity profiles, generated by fire protection units mobile fans, “Ecology & Safety” 2022,16, 42–50, https://www.scientific-publications.net /en/article/1002333/.
• [10] Lambert K., Merci B., Experimental study on the use of positive pressure ventilation for fire service interventions in buildings with staircases, “Fire Technology” 2014, 50(6),1517–1534, https://doi.org/10.1007/s10694-013-0359-0.
• [11] Panindre P., Mousavi N.S., Kumar S., Improvement of Positive Pressure Ventilation by optimizing stairwell door opening area, “Fire Safety Journal” 2017, 92, 195–198,https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2017.06.007.
• [12] Warguła Ł., Kaczmarzyk P., Legal Regulations of Restrictions of Air Pollution Made by Mobile Positive Pressure Fans – The Case Study for Europe: A Review, “Energies” 2022, 15 (20), 7672, https://doi.org/10.3390/en15207672.

Uwagi

The research was carried out as part of the Ministry of Education and Science program “Implementation Doctorate” executed in 2020–2024 (agreement no. DWD/4/22/2020).

Badania zostały przeprowadzone w ramach Programu „Doktorat Wdrożeniowy” Ministerstwa Edukacji i Nauki realizowanego w latach 2020–2024 (Umowa nr DWD/4/22/2020).