Гидродинамическое проектирование оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой

Еремин, Юрий Сергеевич

Гидродинамическое проектирование оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Еремин, Юрий Сергеевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Гидродинамическое проектирование оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой»

Автореферат диссертации на тему "Гидродинамическое проектирование оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой"

На правах рукописи

Еремин Юрий Сергеевич

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРОСИТЕЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДОЙ

Специальность 01.02.05- механика жидкости, газа и плазмы Специальность 05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2013

005541277

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России».

Научный руководитель: Гурьев Юрий Владимирович,

доктор технических наук, профессор Рыжов Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной математики и математического моделирования СПбГМТУ

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Котов Игорь Юрьевич, кандидат технических наук, старший инженер отдела организации надзора в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций управления надзорной деятельности главного управления МЧС России по г. Санкт-Петербургу

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», г. Санкт-Петербург Защита состоится ¡4 декабря 2013 г. в "часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.228.02 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» по адресу: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета.

Автореферат разослан « ^ » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

С.Г. Кадыров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В России в последние годы наблюдается значительный рост строительства объектов различного назначения и в то же время статистика пожаров и их негативных последствий остается неутешительной. По данным МЧС России, приведенным в табл. 1, несмотря на некоторое снижение за рассматриваемый период количества пожаров и погибших в них людей, их общее число остается очень большим, а прямой материальный ущерб даже растет.

Таблица 1. Данные о числе пожаров и их негативных последствиях (числе погибших и материальном ущербе) в РФ за 2007-2011 годы.

Наименование показателя 2007 2008 2009 2010 2011

Количество пожаров, тыс. ед. 212.6 202.0 187.6 179.5 168.5

Количество погибших 16066 15301 13946 13070 12018

Прямой мат. ущерб, тыс. руб. 8696231 12228599 11193949 14565008 18042406

вий является использование автоматических систем пожаротушения. Несмотря на значительные успехи в создании и развитии таких систем разработка новых их конструкций и принципов действия остается одной из важнейших задач современной противопожарной защиты.

В настоящее время существует достаточно большой выбор средств и систем пожаротушения и используемых в них огнетушащих веществ (ОТВ). Наиболее доступным, экологически безопасным и дешевым ОТВ остается вода. Однако и у классических водяных систем есть свои недостатки. Основными из них являются: большой объем используемой воды и, как следствие, существенное негативное воздействие на несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений, а также находящихся в них людей, значительные размеры подводящих трубопроводов, гидравлического и силового оборудования. Исключить или существенно снизить перечисленные негативные факторы, а также повысить эффективность борьбы с огнем, обеспечить поглощение и удаление токсичных газов и дыма в помещениях можно за счет использования автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой (АУПТ ТРВ).

Основными конструктивными элементами этих установок, непосредственно обеспечивающими генерацию потока тонкораспыленной воды, являются оросители. От их гидродинамических качеств решающим образом зависит эффективность функционирования автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой в целом. Поэтому исследования, направленные на повышение этих качеств, в первую очередь, на снижение требуемого для тушения пожара объема воды и длительности тушения являются актуальными и имеют большое прикладное и научное значение.

Целями диссертационной работы являются научное обоснование методики гидродинамического проектирования и практическая разработка нового образца оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой с улучшенными техническими характеристиками и более высокой эффективностью пожаротушения.

Задачи диссертационного исследования:

- анализ нормативных документов Российской Федерации, определяющих требования к проектированию и конструктивному исполнению гидравлических систем автоматических установок пожаротушения;

- анализ научных исследований и прикладных разработок водяных систем автоматического пожаротушения;

- проведение экспериментальных исследований для выявления закономерностей влияния конструктивных параметров оросителя на его технические характеристики, определяющие эффективность пожаротушения тонкораспыленной водой;

- исследование возможностей практического использования современных методов вычислительной гидродинамики для достижения целей диссертационного исследования;

- разработка методики гидродинамического проектирования, в первую очередь выбора параметров конструкции оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, обеспечивающих повышение их технических характеристик, определяющих эффективность пожаротушения;

- разработка технической документации для изготовления опытного образца предложенного оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной воды.

Объект исследования - ороситель агрегатной автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления, подвергаемый конструктивным изменениям с целью повышения эффективности пожаротушения и расширения области применения.

Предмет исследования - эффективность пожаротушения с помощью агрегатных автоматических установок водяного пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления.

Методы исследования. В работе использованы методы физического и математического моделирования струйных и двухфазных капельных турбулентных течений вязкой жидкости, математические методы обработки и анализа результатов экспериментов, а также методы испытания оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, опирающиеся на ГОСТ Р 51043-2002 и СП 5.13130.2009.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием апробированных методов физического и математического моделирования струйных и капельных течений вязкой жидкости, экспериментальных методов испытания оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, соответствующих ГОСТ Р 51043-2002 и СП 5.13130.2009, а также удовлетворительным согласованием полученных результатов физического и численного моделирования.

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационного исследования:

- физические закономерности влияния конструктивных параметров оросителя на его технические характеристики, во многом определяющие эффективность пожаротушения автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой;

- методика гидродинамического проектирования оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, основанная на анализе результатов физического и математического эксперимента;

- анализ эффективности использования современных методов вычислительной гидродинамики и рекомендации по их применению в гидродинамическом проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой;

- новые конструктивные параметры оросителя тонкораспыленной воды типа «Макстоп».

Научная новизна работы состоит:

- во внедрении методов физического и математического моделирования струйных и капельных течений вязкой жидкости в процесс гидродинамического проектирования автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой;

- в установлении закономерностей влияния конструктивных параметров оросителя на его технические характеристики, во многом определяющие эффективность пожаротушения автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой;

- в анализе эффективности использования современных методов вычислительной гидродинамики и выработке рекомендаций по их применению в гидродинамическом проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой;

- в выработке научно обоснованных рекомендаций по выбору геометрических и гидравлических параметров оросителя автоматической установки пожаротушения^ тонкораспыленной водой.

Практическая значимость определяется:

- предложенными и утвержденными в установленном порядке техническими условиями по проектированию установок пожаротушения с применением оросителей тонкораспыленной воды "Макстоп", основанными на анализе результатов физического и математического эксперимента

- научно обоснованной конструкцией нового образца оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой, обеспечивающей ему улучшенные технические характеристики и более высокую эффективность пожаротушения, а также расширение области применения автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой;

- разработкой опытного образца оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой, его внедрением в производство и установкой более чем на десяти объектах в Санкт-Петербурге, Москве и других регионах России, а также на ряде объектов в Болгарии.

Практическая значимость полученных результатов подтверждается также сертификатом пожарной безопасности на спринклерные и дренчерные оросите-

ли тонкораспыленной воды (№ ССПБ.1Ш.ОП073.В.00195), сертификатом соответствия (№ РОСС RU.AB19.B00007), Европейскими сертификатами (№ ПОНД 50/23.04.2009, № ПОНД 51/23.04.2009, № ПОНД 52/23.04.2009, № ПОНД 53/23.04.2009), а также патентом на полезную модель (№ 91526 «Спринклерный ороситель тонкораспыленной воды») и актами внедрения ООО «Сервиспожстрой СПб» от 29.02.12, ООО «НИЦ СиПБ» от 26.03.12 и ООО «Инновационно-строительная компания» от 03.09.12.

Апробация работы. Результаты работы апробированы на III международной конференции «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам» (Санкт-Петербург, 2007), на Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы обращения с крупногабаритными отходами» (Санкт-Петербург, 2012), на научно-практической конференции, посвященной памяти А.Н. Патрашева (Санкт-Петербург, Военно-морской инженерный институт ВУНЦ ВМФ «BMA», 2010), на научном семинаре «Проблемы теоретической и вычислительной гидродинамики» (Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных трудов. Из них 1 патент, 3 статьи, 2 тезисов, докладов. Две работы выполнены без соавторов, авторская доля в остальных работах от 60 до 90 процентов. В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ опубликованы 3 статьи, доля авторского участия в которых от 60 до 90 процентов.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста и содержит 73 рисунка и 35 таблиц. Работа состоит из введения, 4 глав, списка литературы из 104 наименований и одного приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследования, а также приведены данные о структуре диссертации и публикациях автора.

В первой главе «Состояние и тенденции развития систем пожаротушения. Анализ нормативных документов РФ в области пожарной безопасности» выполнен аналитический обзор научных и практических достижений в области

создания современных систем пожаротушения; приведены результаты анализа нормативно-технических требований и законов Российской Федерации, определяющих требования к проектированию и эксплуатации установок водяного пожаротушения; произведено сравнение технических характеристик агрегатных автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления.

По результатам аналитического обзора научных и практических достижений в области создания современных установок пожаротушения была проведена их классификация, представленная в схематичной форме на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Общая схема классификации установок пожаротушения по

конструктивному решению, способу тушения, степени автоматизации и вида огнетушащего вещества.

Такая форма дает наглядное представление о типах современных установок и используемых в них огнетушащих веществ.

Проведенный анализ показал, что основными тенденциями развития современных установок пожаротушения являются:

- снижение инерционности срабатывания установки, в частности, за счет применения и совершенствование средств обнаружения пожара и использования малоинерционных элементов включения автоматической установки пожаротушения;

- постепенный отказ от применения экологически небезопасных огнетушащих веществ (аэрозоли, некоторые газы);

- повышение эффективности установок пожаротушения;

- применение огнетушащих веществ, снижающих вторичный ущерб от пожара.

Практически всем этим тенденциям и требованиям отвечают автоматические установки водяного пожаротушения, получившие в силу доступности, безвредности для природы и простоты изготовления и эксплуатации наибольшее распространение.

Рис. 2. Общая схема классификации установок пожаротушения по виду ОТВ.

Основными тенденциями повышения эффективности автоматических установок водяного пожаротушения являются применение пенообразователей и разработка и внедрение малоинерционных установок пожаротушения тонкораспыленной водой, снижающих вторичный ущерб от пожара и общий расход воды, требуемый для тушения.

Главным направлением повышения эффективности автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления является совершенствование конструкции их оросителей, создающих двухфазный (капельный) поток, обеспечивающий пожаротушение. Сложность этого течения требует для его изучения использования научных методов гидродинамического прогнозирования. Однако имеющийся ограниченный опыт создания таких оросителей основывается, главным образом, на интуитивном подходе и не подкреплен результатами научных исследований.

Анализ нормативно-технических требований и законов Российской Федерации показал, что обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений различного назначения на территории Российской Федерации основано на трех самостоятельных и самодостаточных группах требований пожарной безопасность. Часть из них разработана еще в СССР, но сохраняет свое действие. Другие же были приняты уже после распада Советского Союза.

Основные результаты анализа групп требований:

- проектирование водяных автоматических установок пожаротушения, за исключением ряда случаев, осуществляется в соответствии с СП 5.13130.2009 с приложениями А, Б, В и НПБ 88-2001 ^совместно с НПБ 110-03;

- проектирование автоматических установок водяного пожаротушения высотных стеллажных складов осуществляется в соответствии с морально устаревшим документом - Рекомендациями ВНИИПО МВД СССР "Проектирование автоматических установок пожаротушения в высотных стеллажных складах", М., 1987 г.;

- нормативными параметрами для проектирования водяных установок являются: интенсивность орошения, продолжительность подачи воды, площадь для расчета расхода воды, максимальное расстояние между оросителями, площадь, контролируемая одним оросителем;

- выделяют 7 групп помещений (производств и технологических процессов) по степени опасности развития пожара в зависимости от функционального

назначения и пожарной нагрузки;

- нормативные документы по техническим требованиям к агрегатным автоматическим установкам пожаротушения тонкораспыленной водой отсутствуют;

- методика гидравлических расчетов систем автоматических установок водяного пожаротушения приведена в приложении 2 к НПБ 88-2001* и приложении В СП 5.13130.2009, расчет и проектирование автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой производится на основе нормативно-технической документации предприятия - изготовителя установок.

Анализ показал, что за рубежом, в основном, применяются агрегатные установки тонкораспыленной воды высокого и среднего давления, в то время как на территории Российской Федерации - низкого давления. Выбор в пользу последних связан с более низкой стоимостью насосов и арматуры, обеспечивающих работу установок. В России, на момент написания диссертации, были

представлены два типа оросителей агрегатных автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления: «Аквамастер» и «Аква-Гефест». Они идентичны по внешнему виду и конструктивному устройству и обладают схожими техническими характеристиками.

Были сделаны следующие выводы:

- водяные установки пожаротушения благодаря ряду преимуществ остаются не только наиболее распространенными, но и имеют перспективу развития и расширения области применения, главным образом, за счет совершенствования их автоматизированных систем, использующих в качестве огнетуша-щего вещества тонкораспыленную воду;

- эффективность пожаротушения с помощью тонкораспыленной воды низкого давления определяется гидродинамическими характеристиками оросителей, однако, в РФ не существует единых требований по их проектированию, которое опирается на опыт предыдущих технических решений и интуицию разработчиков;

- процесс распыления воды с образованием двухфазного капельного течения, зависящего от многих геометрических и гидравлических параметров, представляет собой сложное и недостаточно изученное турбулентное течение;

- для повышения эффективности автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой требуется разработка методики гидродинамического проектирования оросителей, основанная на научном анализе влиянии их параметров на характеристики двухфазного турбулентного течения.

Вторая глава «Экспериментальные и численные методы решения задач исследования» посвящена описанию конструкции и принципа действия предлагаемого оросителя тонкораспыленной воды; выбору и изложению методов экспериментального определения гидродинамических характеристик создаваемого им потока и проведения огневых испытаний, а также выбору и анализу методов вычислительной гидродинамики, пригодных для расчета рассматриваемого двухфазного течения.

Оросители современных установок пожаротушения тонкораспыленной водой имеют принципиально общую конструкцию. На рис. 3 представлен внешний вид предлагаемого оросителя, который включает следующие элементы: штуцер (1), тепловой замок (2), выполненный в виде термоколбы, клей (3),

винт с рабочей поверхностью (4), уплотнительную шайбу (5), клапан (6), втулку (7) и фильтр (8).

Рис. 3. Внешний вид нового типа спринклерного оросителя тонкораспыленной воды: а) вид сбоку, б) продольный разрез, в) вид сверху.

Принцип действия такого оросителя состоит в следующем. При возникновении пожара и вызванного им повышения температуры до установленного критического значения (эта критическая температура может изменяться в достаточно широком диапазоне) происходит закипание жидкости в колбе и ее разрушение. Это приводит к вытеснению клапана под давлением воды из штуцера и движению воды через фильтр и втулку. В результате формируется струя, которая, попадая на рабочую поверхность винта, разбивается на множество капель, образующих двухфазное турбулентное течение в форме так называемого «факела». Мелкие капли воды и являются огнетушащим веществом в рассматриваемых установках.

Основными гидродинамическими характеристиками двухфазного течения, влияющими на эффективность пожаротушения, являются: дисперсность капель, равномерность орошения, средняя интенсивность и фактическая площадь орошения. Для их экспериментального определения в ходе проведенных в

работе серийных испытаний были использованы методики и методы из ГОСТ Р 51043-2002 и НПБ 87-2001, применяемые для проверки этих технических параметров у оросителей автоматических установок водяного и пенного пожаротушения.

Определение дисперсности распыленной струи воды осуществлялось фотографическим методом с помощью вычисления среднего диаметра капель, уловленных плошками со смесью технического вазелина и вазелинового масла. Метод определения средней интенсивности орошения основывался на вычислении среднего арифметического из интенсивностей орошения в мерных банках, установленных в шахматном порядке в пределах сектора, равного одной четверти площади круга защищаемой зоны. Равномерность орошения вычисляли как отношение среднеквадратичного отклонения интенсивности в мерных банках от среднего значения к средней интенсивности орошения. В соответствии с ГОСТ Р 5! 043-2002 и разработанным на его основе ТУ значение фактической площади орошения соответствует данной конструкции оросителя, если коэффициент равномерности орошения не более 0,5 и количество мерных банок с интенсивностью орошения менее 50 % от средней интенсивности не превышает двух.

На рис. 4 представлена фотография одного из испытаний предлагаемого типа оросителя на интенсивность орошения, равномерность и фактическую площадь орошения.

В соответствие с нормативными документами использование и применение автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой возможно только на основании технических условий, разработанных предприятием изготовителем. Технические условия разрабатываются после определения нормативных параметров установок применительно к конкретному объекту или группе однородных защищаемых объектов (группы помещений) на основе серии огневых испытаний. Методика испытаний в свою очередь должна быть предварительно разработана и утверждена в соответствующем порядке. Все эти требования были выполнены в ходе выполнения работы.

Рис. 4. Испытания предлагаемого типа оросителя на интенсивность орошения, равномерность и фактическую площадь орошения.

Были разработаны два новых метода проведения экспериментальных исследований огнетушащей эффективности предлагаемого типа оросителей тонкораспыленной воды:

1) метод проведения огневых испытаний оросителей тонкораспыленной воды для определения групп помещений согласно НПБ 88-2001*, приложение 1;

2) метод проведения огневых испытаний оросителей тонкораспыленной

воды для высотных стеллажных складов.

При разработке этих методов были учтены известные экспериментально установленные факты:

1. Диаметры очагов моделирующих горение жидкостей в условиях реального пожара должны быть не менее 1,3 м.

2. Большое количество способов размещения материалов, а также условий подачи воды пока не позволяет создать универсальную модель определения нормативных параметров автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой для успешного пожаротушения.

В настоящее время развитие компьютерных технологий позволяет использовать для оценки технических характеристик оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой методы вычислительной гидродинамики, широко применяемые в различных отраслях науки и техники, но не нашедшие должного применения при решении рассматриваемой задачи. Для эффективного их использования решающую роль играет выбор модели течения и численного метода ее компьютерной реализации. Для решения этой задачи был проведен анализ методов моделирования многофазных сред. Установлено, что наиболее распространенными из них являются:

- модель с явным выделением границы раздела фаз или интерфейса, в которой расчетная сетка перестраивается на каждом временном шаге согласно изменению положения и формы поверхности раздела;

- модель дисперсионной среды как единой субстанции, каждая фаза которой подчиняется одним и тем же уравнениям гидродинамики, но обладает разными свойствами (плотностью, давлением, вязкостью).

Сравнительный анализ этих моделей и опыт их практического использования в пакетах вычислительной гидродинамики, таких как Ansys CFX, Fluent, и OpenFOAM, показал преимущество второй модели. При реализации модели дисперсионной среды могут быть использованы различные методы, но наиболее эффективными оказываются метод функции уровня (LS) и метод объемной фракции жидкости VoF (Volume of Fluid). Преимуществом метода объемной фракции жидкости является относительная простота алгоритма и компьютерного кода (программы), а недостатком - более низкая точность описания подвижных границ по сравнению с другими методами. К основным достоинствам метода функции уровня следует отнести успешный опыт его практического применения при исследовании динамики капель жидкости.

Для прогнозирования двухфазного течения, создаваемого оросителем, производительность современных компьютеров позволяет использовать две основные модели турбулентных потоков, дифференциальные уравнения которых получены из уравнений Навье-Стокса с помощью специальных математических процедур осреднения.

Исторически первой является модель Рейнольдса URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes). Ее уравнения, выражающие законы сохранения массы и импульса, для несжимаемой среды можно записать так:

дй1 _ дих диу ^ dUj_ _ q д х д х д V dz

Г д и —Su, —- + и.—1

V3'

dp д —— +-

д х, д х.

дй.

дх

-pu,uj

где Ц и и' — проекции осредненной и пульсационной составляющей скорости турбулентного течения на оси декартовой системы координат: х, =х,х2=у, ..., щ=и,\ р — плотность жидкости; р — давление в среде; ц — коэффициент динамической вязкости; /— время.

Второй является модель метода крупных вихрей LES (Large Eddy Simulation), соответствующие уравнения которой имеют следующий вид:

ди,

= 0

( — — \ т (

du. _ du, dp | d du,

р ~эГ" t-M,- J Эх, Эх, Эх, Эх,

1 ) v V

>, дх>

где значок «¿» означает осреднение по объему; т,у — неизвестный тензор под-сеточных напряжений, находится с помощью специальных моделей замыкания.

Общей проблемой двух указанных моделей является не замкнутость систем их дифференциальных уравнений. Для ее решения используются различные гипотезы полуэмпирического характера, основные из которых рассмотрены в работе.

В третьей главе «Результаты исследования» представлены результаты выбора параметров конструкции предлагаемого типа оросителя тонкораспыленной воды; экспериментального исследования его огнетушащей эффективности; составления рекомендаций по проектированию агрегатных систем автоматического пожаротушения тонкораспыленной водой с применением предлагаемого типа оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой; результаты численного моделирования процесса распыления.

Как было установлено, в том числе и в ходе экспериментов, проведенных в рамках диссертационной работы, для рассматриваемой конструкции оросителя его гидродинамические характеристики зависят, главным образом, от диаметра втулки, диаметра рабочей поверхности, расстояния от выходного отверстия до рабочей поверхности и величины давления. Однако по причинам, рас-

смотренным выше, в нашей стране используется в основном тонкораспыленная вода низкого давления, поэтому исследования влияния этого параметра не проводилось.

Необходимо было решить следующие задачи: подобрать оптимальные соотношения давления, диаметра выходного отверстия и диаметра рабочей поверхности, определить наибольшую площадь, которая может быть защищена данной моделью оросителя, определить дисперсность струи, разрабатываемой модели оросителя. Для решения этих задач было изготовлено 21 вариант втулки, начиная от диаметра ЭВЬ1Х = 4 мм с шагом 2 мм до 8 мм с точностью 0,01 мм, и 21 вариант рабочей поверхности (дефлектора), начиная от диаметра Орп = 4 мм с шагом 2 мм до 8 мм с точностью 0,01 мм. Решение первых двух поставленных задач осуществлялось с помощью метода определения средней интенсивности орошения, равномерности орошения и фактической площади орошения при давлении 0,5 МПа, с высотой установки - 2,5 м следующим образом: для всех вариантов моделей оросителя было составлено 3 таблицы (по 3 вариантам защищаемых площадей - 12 м2, 9 м2, 6 м2), в которые по результатам экспериментов заносились значения коэффициента равномерности орошения (II) и количества мерных банок (14), с интенсивностью менее 50% от средней интенсивности для данной модели оросителя для данной защищаемой площади. По результатам экспериментов, были построено 19 графиков зависимости коэффициента равномерности орошения от диаметра выходного отверстия. На рис. 5 в качестве примера представлен график результатов для одного из типоразмеров диаметра рабочей поверхности.

Анализ полученных результатов показал, что:

1) ни один из вариантов модели оросителя не может обеспечить фактическую защищаемую площадь 8защ = 12 м2, максимальная защищаемая площадь для рассматриваемых моделей 8ИШ = 9 м2;

2) Орп е [Овых -0.8, Овых - 0.4];

3) Эвых шах = 7,2 мм при Р = 0,5 МПа;

4) оптимальным вариантом с точки зрения расхода воды и критериев метода является Овьк = 5 мм при Орп е {4.4, 4.6, 4.8}. Но необходимо выбрать ряд распылителей под разное функциональное назначение, поэтому были выбраны еще 2 варианта с повышенным расходом воды:

С>вых = 6 мм при Орп е {5.2, 5.4, 5.6};

Dsbix = 7 мм при Dpn б {6.2,6.4,6.6}.

Для окончательного выбора вариантов моделей было изготовлены и испытаны дополнительные варианты рабочих поверхностей: 4.5 мм, 4.7 мм, 5.3 мм, 5.5 мм, 6.1 мм, 6.3 мм, 6.5 мм. Кроме того в ходе дополнительных экспериментов варьировалось давление для DBb[x 6 и 7 мм, с шагом 0,1 МПа от 0,5 МПа до 1 МПа, помимо значений R и N также измерялась дисперсность капель распыленной струи воды. В результате были выбраны три соотношения параметров, представленные в табл. 2.

Коэффициент равномерности орошения в зависимости от диаметра выходного отверстая для диаметра рабочей поверхности 4,S мм

1 00

0.90

С 080 i 070

I 0 60

? go 50

" 50.40

t о0 30 » е-= °о.;о

!■ 010

f 0 00 .........

Ö 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5,4 E.B 5.8 6 6 2 6.4 6.6 6.3 Диаметр выходного отверстия, мм

Рис.5. Зависимость коэффициента равномерности орошения от диаметра выходного отверстия для диаметра рабочей поверхности 4,6 мм для 12 м~(г = 2м), 9 м2(г=1,7м), 6 м2(г = 1,4м).

Для выбранных вариантов оросителей по разработанным методам экспериментального исследования огнетушащей эффективности были проведены огневые испытания. Изменялись высоты установки оросителей и давления перед ними. Для каждого модельного очага были построены графики зависимости времени тушения очага от интенсивности =/(./).

Таблица 2. Параметры вариантов модели оросителя

№ варианта dbmx, мм Dp п , мм dcp, мкм Р, МПа

1 5 4.5 9 105 0,5

2 6 5.5 9 120 0,5

3 7 6.3 9 115 0,8

» г = 2 м в г = 1,7 м 4 г = 1,4 н

-Линия тренда для г = 2м

-Линия тренда для г=1,7м

— Линия тренда ДЛЯ1-1.4 м

На рис. 6 представлена фотография огневых испытаний модельного очага класса А для групп 4.1 и 4.2 помещений, а на рис. 7 результаты экспериментов модельного очага класса А для 4.1 и 4.2 группы помещений для высот 2,5м, 3 м , 5 м и 6м для оросителя с диаметром выходного отверстия 6мм1.

Рис. 6. Фотография огневых испытаний модельного очага класса А для групп

4.1 и 4.2 помещений.

После анализа результатов экспериментов были определены нормативные показатели интенсивности и времени подачи огнетушащего вещества, рабочие параметры модели оросителей для обеспечения нормативных показателей, а также способ размещения оросителей относительно друг друга и пожарной нагрузки. Эти данные легли в основу рекомендаций по проектированию установок пожаротушения с применением предлагаемой модели оросителей тонкораспыленной воды.

Целью проведения вычислительного эксперимента было определение гидродинамических характеристик оросителя, форма и параметры которого были получены по данным экспериментальных исследований. Расчеты течения были выполнены с помощью двух моделей турбулентных потоков с привлече-

1 Согласно НПБ 88-2001 * (Приложение 1*) к группам помещений 4 1. 4.2 относятся помещения для производства горючих натуральных и синтетических волокон, окрасочные и сушильные камеры, участки открытой окраски , помещения производств, перерабатывающих горючие газы, бензин, спирты, эфиры и другие горючие жидкости и т.п.

нием метода объема жидкости в ячейке VOF, в котором многофазная среда рассматривается как единая субстанция. При этом использовался лицензионный коммерческий пакет 77 (URANS модель) и открытый пакет Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (кафедры Гидромеханики и морской акустики) FlowFES (LES модель).

¡.л/с

Рис.7. Результаты экспериментов модельного очага класса А для 4.1 и 4.2 группы помещений для высот 2,5 м, 3 м , 5 м и 6м для оросителя с диаметром выходного отверстия 6мм.

Расчеты выполнялись на высокопроизводительном компьютерном кластере, который имел следующие характеристики: число узлов 16, каждый из которых включает по два двуядерных процессора AMD 2.2 ГГц, общий объем оперативной памяти 64 Гб, максимальная производительность около 270 Гфлс (гигафлопс - миллиардов операций в секунду).

Расчеты, выполненные с помощью модели крупных вихрей, показали, что даже при использовании достаточно производительных компьютеров вычислительная стоимость таких расчетов оказывается неприемлемой: за 37 суток работы кластера удалось рассчитать только начальный этап распыления воды (около 0,15 с). Компьютерные картины эволюции поля коэффициента смеси, прогнозируемого методом LES, представлены на рис. 8.

а) б)

В) д)

|6t;*" ' L 'ЩШШШШШУ'^-.--''т. »Л ;:-î £У"'ЖЙ..■••••:• ШШЩЁШ \ ЩйШШШШ. ШШ ШШШШМтш Ш ■■ ■ :, ■ ■ || ЩШ+ШШШ.

Рис. 8. Развитие течения на начальном этапе распыления (LES модель). Время

от начала истечения струи: а - 0,071 с, б - 0,094 с, в - 0,106 с, д- 0,129 с.

Более экономичная URANS модель потребовала от 2-х до 17 суток для расчета одного варианта трехмерного процесса распыления. Время расчета определялось, в первую очередь, количеством узлов расчетной сетки, а также используемой моделью турбулентности и ее параметрами.

Были проведены расчеты с использованием трех моделей турбулентности: стандартной к-Е модели турбулентности (SKE), к-со модели (KW) и к-со SST модели (SST KW). Результаты показали, что физически более обоснованные результаты и лучшую сходимость обеспечивает SST k-(ü модель, предложенная Ментором.

В работе был выполнен расчет работы распылителя для трех значений соотношения размеров диаметра выходного отверстия и рабочей площадки, из табл. 2 при постоянном давлении 0,85 МПа. В ходе расчетов были получены не

только интегральные, но и распределенные характеристики потока. На рис. 9 и 10 в качестве иллюстрации представлены соответственно распределение плотности взвеси и изменение массовой интенсивности орошения вдоль радиуса зоны орошения, имеющей форму круга. Результаты соответствуют геометрическим параметрам варианта № 1 из таблицы 2. Таблица 3 содержит данные расчета значений массовой интенсивности и коэффициента равномерности орошения и их экспериментальные оценки.

Таблица 3. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений

Вариант Значение 1т, кг/См^-с) Значение R

Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент

1 0,051 0,078 0,43 0,35

2 0,065 0,085 0,45 0,38

3 0,079 0,109 0,53 0,37

оросителей показало, что в целом компьютерное моделирование на основе URANS модели обеспечивает адекватное прогнозирование сложных двухфазных течений и может быть использовано при гидродинамическом проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой.

р, кг/л*

27 26 2S 24 23 22 21 20 19 1t 17 16 IS 14

___

/ \

/ .1

- 1

1.4 1,6 1.8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Г, М

Рис. 9. Изменение плотности взвеси вдоль радиуса

В четвертой главе «Практическая реализация предложенного типа оросителя» приведена оценка эффективности применения предлагаемой модели оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой, а также изложены вопросы практической реализации результатов исследования.

В современных российских условиях объем воды, необходимый для тушения зачастую определяет конечную стоимость установки пожаротушения, кроме того с его сокращением уменьшается вторичный ущерб от пролитой воды в случае пожара. Поэтому он и был выбран в качестве параметра сравнения эффективности применения установок, на основе разработанной модели оросителей, с традиционными установками водяного пожаротушения и с другими установками пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления.

Оценка показала, что предлагаемый ороситель, в зависимости от условий применения, позволяет сократить объем воды, необходимый для обеспечения пожаротушения заданной группы помещений для заданной высоты от 1,2 до 7,5 раз по сравнению с традиционными автоматическими установками водяного пожаротушения и от 1,28 до 1,5 раз по сравнению с другими автоматическими установками пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления.

0,080 -

0,075

0,070

0,065 I, и/(м!с) 0,060

0,055

0,050

0,045

0.0 0.2 0,4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1,6 1.8

г, м

Рис. 10. Изменение массовой интенсивности орошения взвеси вдоль радиуса

На основе исследования по разработке модели оросителя были разработаны чертежи деталей и сборочный чертеж для запуска серийного изготовления спринклер-

ных и дренчерых оросителей. Компания ООО «Сервиспожстрой Спб» по разработанным чертежам запустила в серийное производство дренчерные и спринклерные, оросители тонкораспыленной воды, получен патент на полезную модель, многочисленные разрешительные документы на применение и использование предлагаемых оросителей не только на территории Российской Федерации, но также и территории Болгарии. На рис. 11 представлен спринклерный ороситель тонкораспыленной воды, серийно выпускаемый ООО «Сервиспожстрой Спб».

В заключительной части главы представлены фотоматериалы, подтверждающие применение разработанной модели на строительных объектах.

Рис. 11. Внешний вид спринклерного оросителя тонкораспыленной воды, серийно выпускаемого ООО «Сервиспожстрой Спб»

В заключении подведены итоги работы и сформулированы основные ее результаты, которые состоят в следующем:

- установлены физические закономерности влияния конструктивных параметров оросителя на его технические характеристики, во многом определяющие эффективность пожаротушения автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой;

- предложена методика гидродинамического проектирования оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой, основанная на анализе результатов физического и математического эксперимента;

- выполнен анализ эффективности использования современных методов вычислительной гидродинамики и рекомендации по их применению в гидроди-

намическом проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой;

- предложены и реализованы новые конструктивные параметры оросителя тонкораспыленной воды типа «Макстоп».

В приложение 1 представлены российские и европейские сертификаты на разработанные оросители, патент на полезную модель, согласование УГПН МЧС о возможности применения разработанных технических условий по проектированию установок пожаротушения с применением оросителей тонкораспыленной воды «Макстоп».

Список опубликованных работ по теме диссертации

I Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ

1. Поляков Д.В., Еремин Ю.С. «Типы современных установок пожаротушения для защиты складов с высотным стеллажным хранением» // Журнал «Пожаровзрывобезопасность», 2008, № 5, с. 73. (автор - 90%)

2. Гурьев Ю.В., Ткаченко И.В., Еремин Ю.С. «Анализ методов компьютерного моделирования процесса распыления оросителя тонкораспыленной воды» // Журнал «Пожаровзрывобезопасность», 2012, № 10, с. 77-80. (автор - 60%)

3. Гурьев Ю. В., Ткаченко И. В., Еремин Ю. С. «Использование методов численного моделирования в проектировании оросителей автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой» // Журнал «Пожаровзрывобезопасность», 2013, № 2, с 61-67. (автор -65%)

II Патенты

4. Пат. 91526 РФ, МПК А62С37/08. Спринклерный ороситель тонкораспыленной воды/ Еремина Т.Ю., Григорьев Г.В., Еремин Ю.С. -Опубл. 20.02.2010. - Бюл. №5.

III Прочие издания

5. Еремин Ю.С. «Особенности пожаротушения складов с высотным стеллажным хранением» // Материалы III Международной конференции: Тех-

нические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 25-30 октября 2007. (автор - 100%) 6. Еремин Ю.С. «Разработка эффективной конструкции оросителей, обеспечивающих снижение расходов воды при пожаротушении» // Сборник докладов Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Актуальные проблемы обращения с крупногабаритными отходами». Санкт-Петербург, 2012, с. 18-25. (автор - 100%)

Издательство СПбПМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 12.11.2013. Зак 4576. Тир. 100.13 печ. л.

Текст научной работы диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Еремин, Юрий Сергеевич, Санкт-Петербург

МЧС России

Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы

На правах рукописи

04201 453312

ЕРЕМИН ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Специальность 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы Специальность 05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Гурьев Ю. В.

Санкт-Петербург - 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ..................................................4

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................5

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ПОЖАРОТУШЕНИЯ. АНАЛИЗ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ РФ В ОБЛАСТИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1 Обзор состояния современных систем водяного пожаротушения...........14

1.2 Нормативно-технических требования и законы РФ в области систем водяного пожаротушения...................................................................28

1.3 Обзор существующих моделей оросителей агрегатных АУПТ ТРВ низкого

давления на территории Российской Федерации......................................36

Выводы по главе 1............................................................................41

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Конструкция спринклерного оросителя тонкораспыленной воды............42

2.2Выбор методов экспериментального исследования технических параметров модели оросителя.............................................................................45

2.2.1 Метод определения дисперсности распыленной струи воды.........45

2.2.2 Метод определения средней интенсивности орошения, равномерности

орошения и фактической площади орошения..........................................46

2.3Выбор методов экспериментального исследования огнетушащей эффективности предлагаемой модели оросителей ТРВ.....................48

2.3.1 Метод проведения огневых испытаний оросителей ТРВ для определения групп помещений согласно НПБ 88-2001*(приложение 1)____50

2.3.2 Метод проведения огневых испытаний оросителей ТРВ для высотных стеллажных складов.........................................................................59

2.4 Компьютерное моделирование распыления воды с помощью предлагаемой модели оросителя.............................................................................65

2.4.1 Методы моделирования многофазных сред...........................65

2.4.2 Модели многофазной среды как единой субстанции...............66

2.4.2.1 Метод объемной фракции жидкости (УоР)..................66

2.4.2.2 Метод функции уровня (LS)....................................67

2.4.2.3 Метод переноса коэффициента смеси пассивной примеси (Mixture fraction). Модель пассивной примеси................................................68

2.4.3 Математическая постановка задачи и численная аппроксимация...

2.4.3.1 Основные уравнения движения жидкости.........69

2.4.3.1.1 Уравнения Рейнольдса и замыкающие модели турбулентности........69

2.4.3.1.2 Уравнения метода крупных вихрей.........73

2.4.3.2 Основные методы решения уравнений движения вязкой жидкости .. 74

2.4.3.2.1 Метод контрольного объема (МКО).................................75

2.4.3.2.2 Метод конечных элементов (МКЭ).................................76

2.4.3.3 Пакеты вычислительной гидродинамики.................................77

2.4.4 Начальные и граничные условия..................................................79

Выводы по главе 2............................................................................83

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Выбор параметров конструкции оросителя.......................................84

3.2 Результаты экспериментального исследования огнетушащей эффективности предлагаемой модели оросителя ТРВ...............................97

3.3 Составление рекомендаций по проектированию систем автоматического пожаротушения тонкораспыленной водой с применением новой эффективной модели оросителей АУПТ ТРВ.........................................................116

3.4 Результаты численного моделирования распыления воды..................125

3.4.1 Выбор моделей течения и определение расчетных параметров......125

3.4.2 Интегральные гидродинамические характеристики воздушно-водяной

смеси предлагаемых моделей оросителей..........................................133

Выводы по главе 3..........................................................................139

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛОЖЕННОГО ТИПА ОРОСИТЕЛЯ

4.1 Эффективность применения предлагаемой модели оросителей АУПТ ТРВ......141

4.2 Применение предлагаемой модели оросителей на практике в строительстве.....145

Выводы по главе 4...........................................................................154

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................156

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................157

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИИ

АУПТ - автоматическая установка пожаротушения;

АУВПТ - автоматическая установка водяного пожаротушения;

ГЖ - горючая жидкость;

ЛВЖ — легковоспламеняющаяся жидкость;

МУПТВ - модульная автоматическая установка пожаротушения тонкораспыленной водой;

ОТВ - огнетушащее вещество; ОФП - опасные факторы пожара; СП - своды правил; ТРВ - тонкораспыленная вода;

АУПТ ТРВ - автоматическая установка пожаротушения

тонкораспыленной водой;

СНиП - строительные нормы и правила.

ВВЕДЕНИЕ

В России в последние годы наблюдается значительный рост строительства объектов различного назначения. Большинство из вновь возводимых зданий и сооружений являются уникальными и технически сложными объектами, строящимися по индивидуальным проектам. Это многофункциональные здания и комплексы, объекты культового, производственного и складского назначения, высотные здания.

В то же самое время по оперативным данным МЧС России статистика пожаров, произошедших за 2011г., и их последствий неутешительна: произошло 168 500 пожаров, при которых погибло 12 018 человек, материальный ущерб составил 18 042 406 000 рублей.

Тем не менее, для обеспечения безопасности еще на стадии проектирования предусматривают комплекс противопожарных мер, направленных на предотвращение и ограничение последствий поражения людей и материальных ценностей опасными факторами пожара (ОФП), организации своевременной и безопасной эвакуации людей. Меры и средства для борьбы с пожаром делят-на две категории - активную и пассивную противопожарную защиту. Основной задачей пассивной защиты является предупреждение возгорания, прекращение развития на начальной стадии, локализация и ограничение распространения пожара. Активная противопожарная защита представляет собой комплекс мер и технических средств (таких как автоматические установки пожаротушения), предназначенных для оперативного обнаружения и устранения очага возгорания, а в ходе пожара - уменьшения воздействия на людей ОФП и сохранения материальных ценностей. Таким образом, одной из важнейших задач современной противопожарной защиты является исследование, разработка и создание условий применения, новых эффективных средств пожаротушения для защиты объектов разнообразного назначения [1].

Процесс пожаротушения по своей сути является физико-химическим процессом взаимодействия очага горения и огнетушащих веществ. Из-за

большого количества горючих материалов с разными химическими составами и физическими состояниями возникают сложности в подборе наиболее эффективного средства пожаротушения для каждого отдельного пожара [2].

В настоящее время проектировщики обладают достаточно большим выбором средств пожаротушения. Это системы порошкового, аэрозольного, газового, пенного, водяного пожаротушения, а также системы, основанные на понижении содержания кислорода. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Системы порошкового и аэрозольного пожаротушения, в силу своей специфики, нельзя применять на объектах с массовым пребыванием людей, а также нежелательно для тушения дорогой техники и электрокоммуникаций. Высокая химическая активность этих огнетушащих веществ может привести к скрытым повреждениям оборудования. Газовые и основанные на понижении концентрации кислорода системы требуют герметичности помещения и экономически нецелесообразны в применении для больших объемов, кроме этого, тушить пожар газом можно только после эвакуации персонала. Вдобавок к этому газовые системы экологически небезопасны. Наиболее доступным, экологически безопасным и дешевым средством остается вода. Водой тушится большинство пожаров, но и у систем водяного пожаротушения есть свои недостатки:

- низкая инерционность срабатывания;

- значительный расход воды на пожаротушение;

- вторичный ущерб от пролитой воды: в течение часа для большинства защищаемых объектов (1,2 гр. в соответствии с СП 5.13130.2009 [3]) на площадь в 50 м2 должно пролиться порядка 21 600 кг воды. [4];

- негативное воздействие огнетушащего вещества на посетителей объекта.

Поэтому одна из задач, которые стоят перед создателями современных систем пожаротушения, состоит в повышении эффективности применения воды в качестве средства пожаротушения. Одним из путей решения этой проблемы является пожаротушение тонкораспыленной водой (ТРВ). При ее

использовании тушение достигается за счет поглощения тепла из горючих газов и пламени капельками огнетушащего вещества, в результате чего происходит охлаждение зоны горения, а также образование водяного пара, который замещает воздух в зоне горения. После многочисленных исследований и попыток добиться положительного эффекта тушением ТРВ был получен оптимальный размер капель - 100 ± 50 микрон, которые дают наилучший результат, что в свою очередь отразилось в нормативных документах: так, согласно п. 3.81 СП 5.13139.2009 [3] и п. 2* НПБ 88-2001* [5], среднеарифметический диаметр капель тонкораспыленного потока огнетушащего вещества не должен превышать 150 мкм. Использование АУПТ ТРВ дает возможность тушения практически всех веществ и материалов, в том числе пирофорных, за исключением веществ, реагирующих с водой с выделением тепловой энергии и горючих газов.

Основным устройством для получения тонкораспыленной воды являются оросители и распылители ТРВ. Автоматические установки пожаротушения тонкораспыленной водой разделяют

по принципу действия:

- модульные (защита одной зоны или помещения),

- агрегатные (несколько зон или помещений);

по давлению:

- низкого давления - до 12 атм.;

- среднего давления - от 12 до 35 атм.;

- высокого давления - свыше 35 атм. [2, 4, 6].

По сравнению с обычной системой водяного пожаротушения системы АУПТ ТРВ обладают целым рядом преимуществ:

1) более высокая эффективность пожаротушения;

2) меньший объем воды, требующийся для тушения, и, как следствие, минимальный вторичный ущерб материальных ценностей;

3) минимальное время, необходимое для локализации и тушения пожара; [7]

4) меньшие размеры трубопроводов и большинства оборудования;

5) уменьшение воздействия ОФП на посетителей, персонал объекта, а также несущие и ограждающие конструкции;

6) поглощение и удаление токсичных газов и дыма в помещениях.

Все вышеперечисленное определяет широкие возможности использования и применения АУПТ ТРВ. В некоторых областях ТРВ практически не имеет конкурентов [8].

Это общественные здания и сооружения, объекты культуры, различные производственные помещения, складские здания, большинство архивов. Однако очевидно, что великое разнообразие конструкций установок и типов объектов защиты не позволяет выработать универсальный способ оценки эффективности применения АУПТ ТРВ в общем виде. Следствие этого -отсутствие нормативной базы, определяющей условия применения систем ТРВ [9]. Нормативными документами по применению являются «Руководство по определению автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой» [10], разработанное ФГУ ВНИИПО МЧС России, в котором дана методика определения интенсивности и продолжительности подачи воды на тушение, а также ГОСТ Р 53288-2009 [11], устанавливающий типы, общие технические требования и методы испытаний модульных установок автоматического пожаротушения ТРВ. И только п. 5.4.4 СП 5.13139.2009 [3] и п. 6.79 НПБ 88-2001* [5] регламентируют, что проектирование должно осуществляться по техническим условиям, разрабатываемым применительно к конкретному защищаемому объекту или к группе однородных объектов на основе нормативно-технической документации предприятия-изготовителя установок. По вышеназванным причинам одобрение применения на конкретных видах объектов АУПТ ТРВ является более трудоемким процессом, чем согласование применения других способов пожаротушения. Необходимо сертифицировать модуль либо элементы и узлы агрегатных систем, после чего для оценки эффективности системы и разработки ее рекомендаций по проектированию провести серию полномасштабных испытаний. Таким образом, прежде чем применять тот или иной вид оросителя ТРВ в установке

пожаротушения, требуется разработка рекомендаций по проектированию для каждого вида или ряда оросителей, близких по технических характеристикам к определенной группе помещений [9, 12, 13].

Эффективность функционирования автоматических установок пожаротушения тонкораспыленной водой (АУПТ ТРВ) решающим образом завит от гидродинамического качества входящих в их состав оросителей, генерирующих поток тонкораспыленной воды. Традиционно характеристики новых моделей таких оросителей определяются экспериментально уже после изготовления по методикам, предназначенным для проверки технических параметров у оросителей автоматических установок водяного и пенного пожаротушения [14, 15].

В настоящее время развитие компьютерных технологий позволяет использовать для оценки технических характеристик оросителей АУПТ ТРВ методы вычислительной гидродинамики, широко внедряемые в различных отраслях науки и техники [16], но не нашедшие должного применения при решении рассматриваемой задачи. Решающую роль в их эффективном использовании играет выбор модели течения и численного метода ее компьютерной реализации.

Перечисленные факторы свидетельствуют о том, что работа, направленная на исследования и разработку нового эффективного оросителя АУПТ ТРВ, позволяющего для ряда объектов значительно сокращать требуемый для тушения пожара объем воды и длительность тушения, является актуальной.

Актуальность данной проблемы подчеркнуло выполнение в разное время целого ряда исследований принципов работы и работ по разработке узлов, элементов и систем пожаротушения ТРВ. Существенный вклад в развитие и изучение АУПТ ТРВ внесли сотрудники ВНИИПО МЧС России (Копылов Н. П., Цариченко С.Г., Былинкин В.А., Первых A.B., Белоусов Л.И, Поляков Д.В., и др.), МАИ (Душкин А.Л., Карпышев А.В, и др.), ЗАО «ПО Спецавтоматика» (Пахомов В.П., и др.), ООО «Гефест» (Танклевский Л.Т., и др.), ЗАО «Иста-

Техника» (Дауэнгауэр С.А., и др.), НТК НПО «Пульс» (Мешалкин Е.А., и др.), Жаров С., а также ученые и инженеры различных научно-исследовательских и проектных организаций.

Исходя из вышеизложенного, целями диссертационной работы являются научное обоснование методики гидродинамического проектирования и практическая разработка нового образца оросителя автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой с улучшенными техническими характеристиками и более высокой эффективностью пожаротушения.

Задачи диссертационного исследования:

- анализ научных исследований и прикладных разработок водяных систем автоматического пожаротушения;

Объект исследования - ороситель агрегатной автоматической установки пожаротушения тонкораспыленной водой низкого давления, подвергаемый

конструктивным изменениям с целыо повышения эффективности пожаротушения и расширения области применения.