Введение к работе
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.
Эффективным путем снижения числа пожаров и их негативных последствий 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 оросители тонкораспыленной воды (№ ССПБ.RU.ОП073.B.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 «ВМА», 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.
