Влияние гидродинамических параметров струи и геометрических параметров дужек и розетки оросителя на кратность пены

Эдуард Геннадьевич Говор; Алексей Олегович Лихоманов; Андрей Николаевич Камлюк; Татьяна Алексеевна Говор; Владимир Алексеевич Ярец

doi:10.33408/2519-237X.2023.7-2.202

Авторы

Эдуард Геннадьевич Говор Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-4040-3264
Алексей Олегович Лихоманов Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-9374-1486
Андрей Николаевич Камлюк Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-9347-0778
Татьяна Алексеевна Говор Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0009-0002-7927-8971
Владимир Алексеевич Ярец Филиал «Институт профессионального образования» государственного учреждения образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 246023, Беларусь, Гомель, пр-т Речицкий, 35А https://orcid.org/0009-0004-9637-2235

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2023.7-2.202

Ключевые слова:

установка пожаротушения, розеточный ороситель, дужки оросителя, розетка оросителя, диаметр выходного отверстия, гидродинамические параметры струи, число Вебера, воздушно-механическая пена, кратность пены, полный факторный эксперимент

Аннотация

Цель. Определение зависимости кратности воздушно-механической пены от гидродинамических параметров струи водного раствора синтетического углеводородного пенообразователя, не содержащего фторированных поверхностно-активных веществ, с учетом варьирования геометрических параметров составных частей розеточного оросителя (штуцера, дужек и розетки).

Методы. В работе применены теоретические методы анализа, сравнения и синтеза, а также метод полного факторного эксперимента для получения регрессионной модели.

Результаты. При использовании синтетического углеводородного пенообразователя, не содержащего фторированных поверхностно-активных веществ, марки Синтек-6НС (6 %), который относится к пенообразователям общего назначения (тип S) согласно СТБ 2459-2016, проведен полный факторный эксперимент на трех уровнях пяти факторов, влияющих на кратность генерируемой оросителем пены: число Вебера We = 23 100, 47 900 и 75 900, длина дужек L = 30, 50 и 150 мм, коэффициент рабочей поверхности розетки K_s = 50, 64 и 100 %, внешний диаметр розетки D = 20, 50 и 100 мм и угол наклона лопастей розетки α = 15, 30 и 45°. В результате анализа экспериментальных данных разработана регрессионная модель для прогнозирования кратности пены в исследованных диапазонах изменения числа Вебера We и геометрических параметров дужек и розетки оросителя. Для полученной модели коэффициент детерминации R² равен 0,93, что свидетельствует о высокой точности описания зависимой переменной (кратности пены) от исследованных факторов, при этом отклонение теоретических значений кратности пены от эмпирических составляет не более 8,9 %.

Область применения исследований. Разработанная регрессионная модель позволяет осуществлять подбор оптимальных конфигураций (комбинаций геометрических параметров) розеточного оросителя, в частности коэффициента рабочей поверхности розетки, внешнего диаметра и угла конусности лопастей розетки, длины дужек и диаметра выходного отверстия штуцера оросителя с целью получения воздушно-механической пены с необходимыми значением кратности в зависимости от условий и целей применения данного огнетушащего вещества.

Биографии авторов

Эдуард Геннадьевич Говор, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

отдел научной и инновационной деятельности, научный сотрудник

Алексей Олегович Лихоманов, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра автоматических систем безопасности, доцент; кандидат технических наук

Андрей Николаевич Камлюк, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

заместитель начальника университета по научной и инновационной деятельности; кандидат физико-математических наук, доцент

Татьяна Алексеевна Говор, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

факультет подготовки руководящих кадров, магистрант

Владимир Алексеевич Ярец, Филиал «Институт профессионального образования» государственного учреждения образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 246023, Беларусь, Гомель, пр-т Речицкий, 35А

кафедра профессиональной подготовки, преподаватель

Библиографические ссылки

Ahrens M. U.S. Experience with sprinklers. Quincy: NFPA Research, 2017. 35 p.

Chen T., Fu X., Bao Zh., Xia J., Wang R. Experimental study on the extinguishing efficiency of compressed air foam sprinkler system on oil pool fire. Procedia Engineering, 2018. Vol. 211. Pp. 94–103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.12.142.

Dlugogorski, B.Z. What properties matters in fire-fighting foams?: whitepaper / B.Z. Dlugogorski, E.M. Kennedy, T.H. Shaefer, J.A. Vitali. – Tokyo, 2002. – 20 p.

Kamlyuk A.N., Grachulin A.V. Kompressionnaya pena dlya nuzhd pozharnykh podrazdeleniy [Compression foam for the needs of fire departments]: monograph. Minsk: University of Сivil Protection, 2019. 224 p. (rus)

Kachanov I.V., Karpenchuk I.V., Pavlyukov S.Yu. Ustanovki avtomaticheskogo pozharotusheniya s predvaritel'noy aeratsiey ognetushashchey rabochey sredy [Automatic fire extinguishing installations with preliminary aeration of the fire extinguishing working medium]. Minsk: BNTU, 2018. 148 p. (rus)

Kucher V.M., Merkulov V.A., Zhukov V.V., Kucher V.N., Ponimasov V.M. Izuchenie protsessov tusheniya plameni nefteproduktov nizkokratnymi penami [Study of the processes of extinguishing the oil products flame with low-expansion foams]. Pozharotushenie: proceedings of VNIIPO. Мoscow: VNIIPO, 1984. Pp. 29–37. (rus)

Laundess A.J., Rayson M.S., Dlugogorski B.Z., Kennedy E.M. Small-scale test protocol for firefighting foams DEF(AUST)5706: effect of bubble size distribution and expansion ratio. Fire Technology, 2011. Vol. 47. Pp. 149–162. DOI: https://doi.org/10.1007/s10694-009-0136-2.

Kamluk A.N., Likhomanov A.O. Increasing foam expansion rate by means of changing the sprinkler geometry. Fire Safety Journal, 2019. Vol. 109. Article 102862. 8 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2019.102862.

Kamluk A.N., Likhomanov A.O., Grachulin A.V. Field testing and extinguishing efficiency comparison of the optimized for higher expansion rates deflector type sprinkler with other foam and foam-water sprinklers. Fire Safety Journal, 2020. Vol. 116. Article 103177. 10 p. DOI: https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2020.103177.

Likhomanov A.O., Govor E.G., Kamlyuk A.N. O vzaimosvyazyakh geometricheskikh parametrov orositelya, ustoychivosti i kratnosti poluchaemoy peny [On the relationship between the sprinkler geometric parameters, stability and expansion rate of the generated foam]. Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 2. Pp. 174–185. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-2.174. EDN: https://elibrary.ru/ZKVVOJ.

Лихоманов, А.О. Длина начального участка осесимметричной турбулентной струи, образующейся в пенном розеточном оросителе для автоматических установок пожаротушения [The breakup length of axisymmetric turbulent jet in the foam deflector type sprinkler for automatic extinguishing systems] Journal of Civil Protection, 2021. Vol. 5, No. 2. Pp. 159–173. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-2.159. EDN: https://elibrary.ru/ZRNKUV.

Govor E.G., Govor T.A., Likhomanov A.O. Eksperimental'noe issledovanie geometricheskikh parametrov shtutsera orositelya i ikh vliyanie na gidrodinamicheskie parametry strui vodnykh rastvorov razlichnykh penoobrazovateley [Experimental study of the geometric parameters of the sprinkler nozzle and their influence on the hydrodynamic parameters of the jet of aqueous solutions of various foam concentrates]. Proc. XVII Intern. scientific-practical conf. dedicated to the 90th anniversary of the of the formation of civil defense «Pozharnaya i avariynaya bezopasnost'», November 24, 2022. Ivanovo: Ivanovo Fire Rescue Academy of the State Fire Service of EMERCOM of Russia, 2022. Pp. 315–321. (rus)

Khalafyan A.A. Promyshlennaya statistika: kontrol' kachestva, analiz protsessov, planirovanie eksperimentov v pakete STATISTICA [Industrial statistics: quality control, process analysis, experiment design in STATISTICA]. Мoscow: Knizhnyy dom «LIBROKOM», 2013. 384 p. (rus)

Kamlyuk A.N., Likhomanov A.O., Grachulin A.V. Pennye orositeli dlya avtomaticheskikh ustanovok pozharotusheniya [Foam sprinklers for automatic fire extinguishing installations]: monograph. Minsk: University of Сivil Protection, 2023. 244 p. (rus)