УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА СЛОЖНОГО РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО СОСТАВА Российский патент 1999 года по МПК A62C39/00 

Изобретение относится к области создания устройств для моделирования воздействия термических поражающих факторов, например, пламени пожаров, на материалы средств индивидуальной защиты (СИЗ) для оценки их термозащитных свойств.

В зависимости от типа горючего воздействующий на образец тепловой поток имеет различное соотношение радиационной и конвективной составляющих, изменяющееся в широких пределах [1]. Радиационная и конвективная составляющие пламени определяются по известным формулам соответственно
q_n= εσ•[(T_пл/1000)⁴-(T_E/1000)⁴],
где ε - излучательная способность пламени;
σ - постоянная Стефана-Больцмана;
T_пл - температура пламени, K;
T_E - температура среды, K;
q_к= α•(T_пл-T_E),
где α - коэффициент теплообмена, Вт/(м²•K).

Известны устройства для моделирования теплового потока сложного радиационно-конвективного состава, выполненные в виде горелок, имеющих разнообразные конструкции: однопламенные, многопламенные, с отражателями и без них [2] . Однопламенная горелка представляет собой газовое сопло и смесительную камеру, в которой происходит смешение газа с засасываемым инжекционным путем воздухом [2, с. 336]. Многопламенные горелки представляют собой систему горелок, снабженных общиv кожухом [2, с. 339].

Для питания данных устройств используют топливо, исходным агрегатным состоянием которого могут быть газ, пары или жидкость, которая переходит в газообразное состояние за счет теплоты от окружающей среды или при подогреве специально для этой цели.

Однако реализация указанных устройств для цели исследования термозащитных свойств СИЗ затруднена тем, что их использование не позволяет регулировать интенсивность теплового потока при заданном соотношении радиационной и конвективной составляющих.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство, представляющее собой газовую горелку, жестко закрепленную на плите с отражателем (патент Германии N 3924664, кл. A 62 C 39/00, 11.10.90).

Недостатком прототипа является то, что его использование хотя и повышает интенсивность моделируемого теплового потока, однако также не позволяет регулировать интенсивность теплового потока при заданном соотношении радиационной и конвективной составляющих.

Этот недостаток устраняется в заявляемом изобретении тем, что устройство для моделирования теплового потока сложного радиационно-конвективного состава (фиг. 1) содержит жестко закрепленную на основной плите горелку (фиг. 2) с горючей жидкостью и панель радиационного потока из отражателя и кварцево-галогенных ламп накаливания, размещенную на направляющих, расположенных на основной плите, для возможности перемещения относительно горелки в направлении действия теплового потока.

На фиг. 1 представлено устройство для моделирования теплового потока сложного радиационно-конвективного состава; на фиг. 2 - горелка, источником открытого пламени которой является паровоздушная смесь горючего, которая поджигается на выходе смесительной камеры горелки, корпус которой выполняет роль газового сопла.

Устройство содержит основную плиту 1, горелку 2, жестко закрепленную на основной плите 1, 3 - отражатель панели радиационного потока, 4 - кварцево-галогенные лампы накаливания, 5 - направляющие, на которых расположены лампы накаливания и отражатель для возможности перемещения относительно горелки в направлении действия теплового потока, 6 - смесительную камеру, 7 - затвор, исключающий попадание горючего в магистраль подвода воздуха, 8 - горючую жидкость, 9 - барботажные кольца, 10 - корпус горелки.

Источником открытого пламени является паровоздушная смесь горючего, которая поджигается на выходе из смесительной камеры 6 горелки (фиг.2), корпус которой выполняет роль газового сопла. Воздух, подаваемый от компрессора, проходя через затвор 7, исключающий попадание горючего 8 в магистраль подвода воздуха, распределяется на барботажных кольцах 9, расположенных между корпусом 10 горелки и затвором 7, обогащаясь парами горючего. Высота пламени регулируется путем изменения расхода воздуха.

Благодаря такому выполнению устройства его использование обеспечивает возможность применения любого вида горючего, а также путем перемещения панели радиационного потока относительно горелки задавать необходимую его интенсивность. Использование этого устройства позволяет значительно повышать интенсивность моделируемого радиационно-конвективного потока и регулировать соотношение его энергетических составляющих. Для осуществления заявляемых технических решений установлены оптимальные параметры щелевой горелки; разработан способ оценки энергетических характеристик моделируемых тепловых потоков; проведена калибровка установки в зависимости от интенсивности оптического излучения (определяется расстояние от излучателя до факела пламени) для горючих различного типа (бензол, этанол, ацетон, горюче-смазочные материалы и т.п.).

В результате экспериментальной проверки работоспособности заявляемого способа и устройства обнаружены их новые указанные выше преимущества (см. табл. 1 и 2).

Параметры щелевой горелки определены исходя из размеров рабочего пятна, создаваемого излучателем, имеющим снижение облученности по краям не более 10%. Установлено, что эти размеры соответствуют прямоугольнику со сторонами (50 х 60) мм. Для этих условий выполнен подбор основных параметров горелки: рабочий объем горючего в горелке 20 - 30 мл; массовый расход горючего 0,8 - 1,2 мл/с; скорость газа на выходе из горелки 0,2 - 0,4 м/с.

Для определения величины энергетических составляющих моделируемого теплового потока использовали медный адиабатический калориметр на основе медь-константановых термопар по общеизвестной методике и преобразователь типа ТПИ-2М.1 [3].

Методика работы заключалась в следующем.

Проводили калибровку энергетических параметров установки при различных соотношениях радиационного и конвективного потоков (способ изменения составляющих см. выше) при использовании медного калориметра; закрепляли в держатель силикатное стекло взамен образца СИЗ, на расстоянии 15 мм от которого с тыльной стороны устанавливали ТПИ-2М.1, и определяли коэффициент ослабления радиационного потока стеклом и воздухом; рассчитывали требуемые величины при известности интегрального значения теплового потока и его радиационной составляющей.

Отмечено, что при выполнении данных расчетов собственным излучением силикатного стекла пренебрегали, так как температура его тыльной поверхности при проведении экспериментов не превышала 30 - 70^oC.

Таким образом, применение заявляемого устройства позволяет моделировать высокоэнергетические радиационно-конвективные потоки различной интенсивности и регулировать соотношение энергетических составляющих для оценки термозащитных свойств СИЗ, используемых личным составом подразделений противопожарной обороны, отрядов ликвидации последствий аварий различного характера и т.п.

Источники информации
1. В. М.Мальцев, М.И.Мальцев, Л.Я.Кашпоров. Основные характеристики горения. - М.: "Химия", 1977, 320 с.

2. Т.Бураковский, Е.Гизиньский, А.Саля. Инфракрасные излучатели. Пер. с польского, Л., Энергия, 1978, 408 с.

3. Преобразователь первичный измерительный калометрический. - Паспорт ПН 40.000 ПС.

Изобретение относится к устройствам для моделирования воздействия термических поражающих факторов, например, пламени пожаров, на материалы средств индивидуальной защиты (СИЗ) для оценки их термозащитных свойств. Устройство для моделирования теплового потока сложного радиационно-конвективного состава содержит жестко закрепленную на основной плите горелку с горючей жидкостью, панель радиационного потока из отражателя и кварцево-галогенных ламп накаливания, размещенную на направляющих, расположенных на основной плите, для перемещения относительно горелки в направлении действия теплового потока. Благодаря такому выполнению устройства его использование обеспечивает возможность применения любого вида горючего, а также путем перемещения панели радиационного потока относительно горелки задавать необходимую его интенсивность. Использование этого устройства позволяет значительно повышать интенсивность моделируемого радиационно-конвективного потока и регулировать соотношение его энергетических составляющих. 2 ил., 2 табл.

Устройство для моделирования теплового потока сложного радиационно-конвективного состава, отличающееся тем, что оно содержит жестко закрепленную на основной плите горелку с горючей жидкостью и панель радиационного потока из отражателя и кварцево-галогенных ламп накаливания, размещенную на направляющих, расположенных на основной плите, для возможности перемещения относительно горелки в направлении действия теплового потока.