Моделювання роботи водяної завіси для захисту працівників від термічного ураження
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна
Abstract
UKR: Постановка проблеми. Розглядається оцінювання ефективності використання водяної завіси для зменшення ризику термічного ураження людей під час пожежі. Ставиться задача визначення температурних полів під час подачі води для охолодження повітря. Мета роботи − розроблення числової моделі для розрахунку процесу розповсюдження крапель води в повітрі, їх випарювання для зменшення температури нагрітого повітря внаслідок пожежі. Методика. Для математичного моделювання процесу поширення крапель води в повітрі, теплового забруднення повітря застосовуються конвективно-дифузійне рівняння масопереносу, рівняння енергії та рівняння, що описує рух ідеальної рідини (модель потенціальної течії). Модель потенціальної течії дозволяє швидко визначити поле швидкості повітряного потоку в областях, що мають складну геометричну форму. Для числового інтегрування рівняння конвективно-дифузійного масопереносу та рівняння енергії застосовуються неявні різницеві схеми розщеплення. Для побудови різницевого аналога моделювальних рівнянь використовується фізичне розщеплення базових рівнянь. Для розв'язання задачі аеродинаміки − визначення поля потенціалу швидкості та компонент вектора швидкості повітряного потоку застосовуються метод Річардсона та схема умовної апроксимації. Розроблено інженерну методику розрахунку процесу випарювання краплі води, що базується на законі Срезневського. Наукова новизна. Розроблено ефективну числову модель, що дозволяє методом обчислювального експерименту визначати ефективність використання водяної завіси для зменшення рівня теплового забруднення атмосферного повітря внаслідок пожежі. Числова модель базується на інтегруванні фундаментальних рівнянь аеродинаміки, тепломасопереносу. Модель враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на процес, який досліджується: рух нагрітого повітря, рух крапель води в повітрі, випарювання краплі тощо. Практична значимість. На базі побудованої моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє швидко визначати температурні поля в повітрі з використанням водяної завіси. Числова модель буде корисна для проведення обчислювальних експериментів з метою науково обгрунованого вибору місця розташування водяної завіси під час пожежі. Висновки. Створено комп’ютерну програму (код), що дозволяє методом обчислювального експерименту досліджувати ефективність використання водяної завіси під час пожежі. Розроблена комп’ютерна програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведені результати обчислювального експерименту.
ENG: Problem statement. The problem of evaluating the effectiveness of using the water curtain to reduce the risk of thermal injury to people in a fire is considered. The problem is to determine the temperature fields when supplying water for air cooling. The purpose of the article. Development of a numerical model for calculating the process of propagation of water droplets in the air, their evaporation to reduce the temperature of heated air due to fire. Methodology. For mathematical modeling of the process of propagation of water droplets in air, thermal air pollution, the convective-diffusion equation of mass transfer, the energy equation and the equation describing the motion of an ideal liquid (potential flow model) are used. The potential flow model allows you to quickly determine the field of air flow velocity in areas with a complex geometric shape. Implicit difference splitting schemes are used for numerical integration of the convective-diffusion mass transfer equation and the energy equation. Physical splitting of basic equations is used to construct a difference analogue of modeling equations. The Richardson method and the conditional approximation scheme are used to solve the aerodynamics problem of determining the velocity potential field and the components of the air velocity vector. An engineering method for calculating the process of evaporation of a drop of water based on Sreznevsky's law has been developed. Scientific novelty. An effective numerical model has been developed that allows the method of computational experiment to determine the efficiency of using the water curtain to reduce the level of thermal pollution of atmospheric air due to fire. The numerical model is based on the integration of the fundamental equations of aerodynamics, heat and mass transfer. The model takes into account the most significant physical factors that affect the process under study: the movement of heated air, the movement of water droplets in the air, evaporation of the droplet, and so on. Practical significance. Based on the built model, a computer code has been created that allows you to quickly determine the temperature fields in the air when using a water curtain. The numerical model will be useful when conducting computational experiments for the purpose of scientifically sound choice of the location of the water curtain in case of fire. Conclusions. A computer code has been created that allows a computational experiment to investigate the effectiveness of using a water curtain in a fire. The developed computer program can be implemented on low and medium power computers. The results of a computational experiment are presented.
ENG: Problem statement. The problem of evaluating the effectiveness of using the water curtain to reduce the risk of thermal injury to people in a fire is considered. The problem is to determine the temperature fields when supplying water for air cooling. The purpose of the article. Development of a numerical model for calculating the process of propagation of water droplets in the air, their evaporation to reduce the temperature of heated air due to fire. Methodology. For mathematical modeling of the process of propagation of water droplets in air, thermal air pollution, the convective-diffusion equation of mass transfer, the energy equation and the equation describing the motion of an ideal liquid (potential flow model) are used. The potential flow model allows you to quickly determine the field of air flow velocity in areas with a complex geometric shape. Implicit difference splitting schemes are used for numerical integration of the convective-diffusion mass transfer equation and the energy equation. Physical splitting of basic equations is used to construct a difference analogue of modeling equations. The Richardson method and the conditional approximation scheme are used to solve the aerodynamics problem of determining the velocity potential field and the components of the air velocity vector. An engineering method for calculating the process of evaporation of a drop of water based on Sreznevsky's law has been developed. Scientific novelty. An effective numerical model has been developed that allows the method of computational experiment to determine the efficiency of using the water curtain to reduce the level of thermal pollution of atmospheric air due to fire. The numerical model is based on the integration of the fundamental equations of aerodynamics, heat and mass transfer. The model takes into account the most significant physical factors that affect the process under study: the movement of heated air, the movement of water droplets in the air, evaporation of the droplet, and so on. Practical significance. Based on the built model, a computer code has been created that allows you to quickly determine the temperature fields in the air when using a water curtain. The numerical model will be useful when conducting computational experiments for the purpose of scientifically sound choice of the location of the water curtain in case of fire. Conclusions. A computer code has been created that allows a computational experiment to investigate the effectiveness of using a water curtain in a fire. The developed computer program can be implemented on low and medium power computers. The results of a computational experiment are presented.
Description
М. Біляєв: ORCID 0000-0002-1531-7882; О. Берлов: ORCID 0000-0002-7442-0548; В. Біляєва: ORCID 0000-0003-2399-3124; О. Вергун: ORCID 0000-0003-4842-1069
Keywords
термічне ураження, робоча зона, числове моделювання, водяна завіса, пожежа, thermal damage, work area, numerical simulation, water curtain, fire, КГВФ
Citation
Біляєв М. М., Берлов О. В., Біляєва В. В., Вергун О. О. Моделювання роботи водяної завіси для захисту працівників від термічного ураження. Укр. журн. буд-ва та архітектури. 2021. № 2. С. 28–35. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.270421.28.748.