Tytuł artykułu
Treść / Zawartość
Pełne teksty:
Identyfikatory
Warianty tytułu
Methods of Creating a Mathematical Model of an Energy Component of Chemical and Physical Processes that Occur in Wood When It Is Heated Prior To the Flaming Phase
Metodyka opracowania modelu matematycznego składnika energetycznego procesów chemiczno-fizycznych, które zachodzą w drewnie podczas jego nagrzewania do momentu nastąpienia spalania płomieniowego
Języki publikacji
Abstrakty
Aim: The purpose of this article is to create a method of mathematical modeling of an energy component of chemical and physical processes that occur in wood when it is heated prior to the flaming phase. This method will make it possible to determine the impact of using flame retardants in the surface layers of wooden building constructions on the processes of wood inflammation. Methodology: Using experimental data regarding the development in time of chemical and physical processes (derivatograms and data of gas chromatographic analysis of sample material during thermal degradation) that occur during heating of wood prior to its ignition, approximation formulas were obtained. These formulas describe the relationship between the amount of substance emitted in the thermolysis process. Based on the obtained data, we then obtain dependencies between the desired stored energy which is released during the formation of each substance (as a result of heating wood samples) and the temperature, as well as the accumulated total desired energy. Subsequently the required cumulative energy of all components and their transformations is determined, taking into account the absorption and release of energy generated by the temperature. Introduced is the concept of effective heat capacity of the transformation process of a sample piece of wood (within the temperature range of this study) including all the components and their structural transformations that occur during the heating process. Then a one-dimensional problem is solved of heat spread in an isotropic solid, taking into account a variable, effective heat capacity that depends on temperature. Formulas were obtained for the elementary volume, placed directly on the surface of the wood sample, as well as inside it and in the back. Results: Using the presented methodology we obtain a mathematical model of an energy component of chemical and physical processes that take place in a sample of pine wood (10 mm thick, density 400-550 kg/m3), when it is heated prior to the flaming phase. Conclusions: The presented method presents the ability to predict the required amount of flame retardants (for a variety of fire-retardant impregnating compositions) to be entered into the outer layers of wood (different species, thickness, density, quality of surface treatment, etc.) to ensure the extension of the time period from the heat exposure point until the ignition point.
Cel: Celem pracy jest opracowanie metodyki modelowania matematycznego składnika energetycznego procesów chemiczno-fizycznych, które zachodzą w drewnie podczas jego nagrzewania przed nastąpieniem fazy spalania płomieniowego. Metodyka ta pozwoli określać wpływ zastosowania antypirenów w warstwie powierzchniowej drewnianych obiektów budowlanych na inhibicję procesów zapłonu drewna. Metodologia: Wykorzystując dane eksperymentalne na temat rozwoju w czasie procesów chemiczno-fizycznych (dane z termogramów i analizy chromatografii gazowej degradacji termicznej próbki materiału), które zachodzą podczas nagrzewania drewna do momentu jego zapłonu, otrzymano wzory aproksymacji, opisujące zależności między ilością substancji wydzielających się w procesie termolizy. Na podstawie określonych danych następnie otrzymywane są zależności między nagromadzoną poszukiwaną energią, która wydziela się przy powstawaniu każdej substancji (wskutek nagrzewania próbki drewna) a temperaturą, oraz ogólna wartość wydzielanej zgromadzonej energii. Następnie określa się zgromadzoną poszukiwaną energię wszystkich składników i ich przemiany/transmutacji, z uwzględnieniem pochłaniania i wydzielenia energii wytwarzanej przez temperaturę. Wprowadza się pojęcie poszukiwanej efektywnej pojemności cieplnej procesu transmutacji próbki drewna (w zakresach temperatury objętych badaniem) z uwzględnieniem wszystkich składników i zmian zachodzących w ich strukturze podczas nagrzewania. Rozwiązano jednomiarowe zadanie rozprzestrzeniania ciepła w izotropowym ciele stałym, uwzględniające zmienną, zależną od temperatury pojemność cieplną. Otrzymano równania dla objętości elementarnej, bezpośrednio na powierzchni próbki drewna, w środku próbki i z tyłu. Wyniki: Wykorzystując przedstawioną metodykę, opracowano model matematyczny składnika energetycznego procesów chemicznofizycznych, które zachodzą w drewnie sosny o grubości 10 mm, gęstości 400-550 kg/m3, podczas jego nagrzewania do nastąpienia fazy spalania płomieniowego. Wnioski: Przestawiona metodyka ukazuje możliwość prognozy potrzebnej ilości antypirenów (dla różnych ogniochronnych środków impregnacyjnych), które należy wprowadzić do warstw zewnętrznych drewna (różnego gatunku, grubości, gęstości, jakości obróbki powierzchniowej itd.) w celu wydłużenia czasu od momentu rozpoczęcia oddziaływania cieplnego do momentu zapłonu.
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
131--137
Opis fizyczny
Bibliogr. 10 poz., rys., wz.
Twórcy
autor
- Ukrainian Research Institute of Civil Protection
autor
- Ukrainian Research Institute of Civil Protection
autor
- Ukrainian Research Institute of Civil Protection
Bibliografia
- [1] Lowden L.A., Hull T.R., Flammability behaviour of wood and a review of the methods for its reduction, “Fire Science Reviews” 2013, 2(4), 19, [electr. doc.], http: //www. firesciencereviews.com/content/2/1/4 [accessed: 5.08.2013].
- [2] Baratov A.N., Andrianov R.A., Korol’chenko A.Ya. et. al., Pozharnaya opasnost’ stroitel’nykh materialov, Stroyizdat, Moskva 1998, 380.
- [3] Kutateladze S.S., Osnovy teorii teploobmena, Atomizdat, Moskva 1979, 416.
- [4] Andriyenko V.M., But V.P., Zhartovs’kyy V.M., Zhartovs’kyy S.V., Maladyka I.H., Tsapko Yu.V., Vohnezakhystderevyny ta vyrobiv z neyi: Navchalnyy posibnyk, APB im. Heroyiv Chornobylya MNS Ukrayiny, Cherkasy 2009, 254.
- [5] Rodzhers D., Аdams Dzh., Matematicheskiye osnovy mashinnoy grafiki, Mir, Moskva 2001, 604.
- [6] Lautenschlager K.-Kh, Bibrak Kh., Shnabel A., Shreter V., Khimiya: Spravochnik, Khimiya, Moskva 1989, 648.
- [7] Bolgarskiy А.V., Mukhachev G.А., Shchukin V.K., Termodinamika i teploperedacha, 2nd ed.,Vysshaya shkola, Moskva 1975, 495.
- [8] Аramanovich I.G., Levin V.I., Uravneniya matematicheskoy fiziki, Nauka, Moskva 1969, 288.
- [9] Korn G., Korn T., Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov, Nauka, Moskva 1973, 832.
- [10] GOST 12.1.044-89 SSBT. Pozharovzryvoopasnost’ veshchestv i materialov. Nomenklatura pokazateley i metody ikh opredeleniya.
Uwagi
PL
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-dec24f45-98c2-4c97-9051-e4e08f4da707
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.