LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Підвищення ефективності протипожежного захисту об'єктів із застосуванням вогнезахищеної деревини

летких продуктів розкладу речовини у полум'ї;

y - масова швидкість вигоряння матеріалу, кг/(м2с);

S - площа поверхні зразка, яка перебуває під дією теплового впливу, м2.


Під час горіння вогнезахищеної деревини характерним є протікання процесу за недостачі кисню. При цьому формується плоский фронт горіння, характерною особливістю якого є утворення на поверхні зразка шару модифікованого коксу, що ускладнює дифузію кисню в зону горіння. За таких умов значення масова швидкість вигоряння деревини розраховується за рівнянням виду:


, (6)

де ф - проміжок часу з моменту запалення, с;

в - коефіцієнт пропорціональності, що залежить від виду горючого матеріалу, с-1;

ш0 - початкова масова швидкість вигоряння деревини, кг/(м2с);

щ0 - інтенсивність втрати маси матеріалу в початковий момент часу, кг/(м2с2);

г - показник інтенсивності сповільнення реакцій горіння за рахунок дії вогнезахисних речовин, с-1.


Для визначення моменту часу ф, за якого масова швидкість вигоряння зразка вогнезахищеної деревини максимальна (г → 0, в → 1) або мінімальна (г → 1, в → 0), прирівняємо до нуля похідну функції масової швидкості вигоряння (6) за часом:


, (7)

звідки

. (8)


Після підставлення (8) у (6) знаходимо величину максимальної масової швидкості вигоряння зразка шmax:

(9)


За (6) розраховано залежності масової швидкості вигоряння зразка вогнезахищеної деревини від показника інтенсивності сповільнення реакцій горіння за рахунок дії вогнезахисних речовин, які наведено на рис. 2.

Ш, кг/(м2с)


ф, с.

Рис. 2. Залежність масової швидкості вигоряння зразка деревини (Ш, кг/(м2с)) від показника вогнезахисту (г, с-1) для різних значень ф, с.


Отримані залежності показують, що з підвищенням ефекту вогнезахисту масова швидкість вигоряння зразка зменшується.

Одним з показників ефективності вогнезахисту деревини є її експлуатаційна надійність. Після надання деревині вогнебіозахисних властивостей, ефективність вогнезахисту визначається здатністю просочувальних засобів утримуватися в її структурі протягом тривалого проміжку часу за умов коливання температури та вологості в широких межах, у зв'язку з чим актуальним є питання визначення тривалості ефективності вогнебіозахисту деревини.

Для побудови математичної моделі процесу висолювання введемо просторову координату x, яка співпадає з вектором внутрішньої нормалі до поверхні зразка (рис. 3). Вважаємо, що матеріали оболонки і зразка однорідні, а капілярно-пористий матеріал зразка просочений сольовим розчином антипірену рівномірно. За таких припущень задача стає симетричною відносно геометричної осі зразка.

Механізм висолювання антипірену з деревини у період експлуатації є таким: молекули води з повітря адсорбуються капілярно-пористою структурою деревини з утворенням розчину сольового антипірену. При зволоженні деревини кристали вогнезахисних речовин розчиняються і поступово переміщуються на поверхню деревини, де їхня концентрація з часом зменшується. Наявність полімерної плівки антисептика на поверхні зразка уповільнює процес висолювання, залежно від властивостей покриття.

Розглянемо чотири області:

1 - зовнішнє середовище, ;

2 – полімерна плівка, (д - товщина полімерної плівки, м);

3 - зона зразка з розчиненою речовиною, (Z - координата фронту фазового перетворення, м);

4 - матеріал зразка з твердою речовиною, (h - половина товщини зразка, м).



Рис. 3. Розрахунково-аналітична схема процесу висолювання антипірену з деревини.





Диференціальне рівняння дифузії, яке описує процес висолювання, має такий вигляд:


, (10)

де - концентрація речовини в і-ій області, кг/м3;

- коефіцієнт дифузії речовини в і-ій області, м2/с;

ф - час перебування зразка в середовищі після просочення, с.


Для розв'язання задачі сформулювано початкові і граничні умови.

У початковий момент часу () вміст просочувальної речовини в зовнішньому середовищі й на поверхні покриття зразка мінімальний min, а в матеріалі зразка – максимальний max, фронт розчинення відсутній, а тому в аналітичному вигляді початкові та граничні умови можна записати таким чином:


; (11)


або (12)


Крім того, на границі оболонки і зовнішнього середовища задається гранична умова третього роду:


, (13)

де к - коефіцієнт масообміну між поверхнею оболонки і зовнішнім середовищем, м/с.


Враховуючи неперервність полів концентрації і дифузійних потоків речовини на границі оболонки та матеріалу зразка, концентрації речовини і масові потоки речовини збігаються (умови четвертого роду):

;. (14)


Аналогічно на фронті розчинення:


(15)


Розв'язок рівняння (10) з початковими і граничними умовами (11)-(15) проведено на базі числових методів за явною схемою. Для цього систему рівнянь (10)-(15) подано у безрозмірних змінних:


;;;, (16)


де Fo - дифузійне число Фур'є.


Розрахункова сітка представлена вузлами по простору, які отримано шляхом умовного поділу зразка із кроком і на тимчасові шари n із кроком , що забезпечує стійкість явної схеми при розрахунку:


. (17)


У результаті вихідне рівняння (10) перетворюється на систему алгебраїчних рівнянь і сіткові значення безрозмірних залежних змінних стали функціями сіткових значень чисел Фур'є:


(18)


Результати розрахунку показують (рис. 4), що на початку експлуатації вогнезахищеної деревини після розчинення просочувального засобу у зразку, починається процес його поступового висолювання в навколишнє середовище.

С


ч

Рис. 4. Розрахунок процесу зміни концентрації антипірену в зразку від числа ітерацій.


Результати розрахунку залежності значення концентрації для зразків з різною товщиною полімерного антисептика (рис. 5) показали, що при відсутності захисної плівки час висолювання вогнезахисних речовин зменшується більше, ніж у 2,5 рази.

С, кг/м3


час


Рис. 5. Зміна концентрації вогнезахисної речовини С, кг/м3 в деревині залежно від часу, для різних значень товщини оболонки, д (м): 1 – 0; 2 – 0,0001; 3 – 0,0002; 4 – 0,0004.


Третій розділмістить результати експериментальних досліджень з визначення ефективності вогнезахисту деревини при обробленні їх багатокомпонентними сумішами неорганічних і органічних речовин.

За