ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ТА РОЗРОБКА МОДЕЛІ РОЗВИТКУ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ ПІРОТЕХНІЧНИХ СУМІШЕЙ МЕТАЛЕВЕ ПАЛЬНЕ + ОКСИД МЕТАЛУ ПРИ ЗОВНІШНІХ ТЕРМІЧНИХ ДІЯХ

Автор(и)

  • Євгеній Павлович Кириченко Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-2373-2429
  • Василь Васильович Ковалишин Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9137-1891
  • Віктор Михайлович Гвоздь Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2277-7972
  • В’ячеслав Андрійович Ващенко Черкаський державний технологічний університет, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-0722-9353
  • Сергій Олександрович Колінько Черкаський державний технологічний університет, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-0234-8655
  • Валентин Вікторович Цибулін Черкаський державний технологічний університет, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-2805-572X

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.4.2021.251602

Ключові слова:

пожежна безпека, піротехнічні суміші, термічні дії, процеси горіння, моделі горіння металізованих конденсованих систем

Анотація

Встановлено механізм горіння двокомпонентних сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів, згідно з яким процес перетворення вихідної суміші у продуктах згоряння є стаціонарним, одновимірним і протікає у трьох зонах: прогрітий шар у конденсованій фазі суміші; реакційна зона конденсованої фази суміші; зона полум’я (зона тепловиділення газової фази). Розроблено модель горіння сумішей, яка враховує кінетичні характеристики термічного розкладання окиснювача та високотемпературного окиснення, займання та горіння частинок металу у продуктах розкладання, що дає змогу більш точно (відносну похибку знижено до 7… 9 % замість 10…15 % у наявних моделей) визначати критичні діапазони зміни швидкості горіння сумішей в умовах зовнішніх термічних дій, перевищення яких призводить до прискорення процесу горіння сумішей та пожежовибухонебезпечного руйнування піротехнічних виробів. Метою роботи є встановлення механізму горіння двокомпонентних ущільнених сумішей з порошків магнію та алюмінію з оксидами металів та розробка моделі їх горіння для визначення критичних діапазонів зміни швидкості горіння сумішей з врахуванням впливу зовнішніх термічних дій. Проведений аналіз експериментальних відомостей про фізико-хімічні процеси, що протікають у різних зонах горіння розглядуваних сумішей дозволяє встановити механізм їх горіння згідно якому про¬цес перетворення вихідної суміші в продукти згоряння в першому наближенні є стаціонарним, одновимірним і протікає в наступних трьох найхарактерніших зонах. Зона I – прогрітий шар в конденсованій фазі суміші, де можна знехтувати хімічними перетвореннями. Зона II – реакційна зона конденсованої фази суміші, в якій тверда суміш перетворюється в газ, що містить окремі частинки металу. В межах цієї зони відбувається розкладання окиснювача і енергійне окиснення частинок ме¬талевого пального. Спалахування частинок металу відбувається на поверхні горіння. Більша частина частинок металу, що спалахнули, в результаті їх агломерації затримується на поверхні горіння аж до їх повного згоряння. Тепло від частинок металу, що згоряють, передається у глибину конденсованої фази. Зона III – зона тепловиділення газової фази. В цій зоні дисперговані частинки металевого пального згоряють в дифузійному режимі в потоці продуктів розкладання окиснювача. Тепло, що виділяється, шляхом теплопровідності і радіації передається у конденсовану фазу. Розроблено модель горіння ущільнених двокомпонентних сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів, яка на відміну від існуючих моделей піротехнічних нітратно-металевих сумішей, враховує кінетичні характеристики термічного розкладання окиснювача та високотемпературного окиснення, займання та горіння частинок металу у продуктах розкладання, що дозволяє більш точно (відносну похибку знижено до 7…9 % замість 10…15 % у існуючих моделей) розраховувати залежності швидкості горіння сумішей від підвищених температур нагріву та зовнішніх тисків для різних значень технологічних параметрів (співвідношення компонентів, дисперсності металевого пального, природи металу та окиснювача та ін.) та визначати її критичні діапазони зміни у цих умовах, перевищення яких призводить до прискорення процесу горіння сумішей та пожежовибухонебезпечного руйнування виробів.


Ключові слова: пожежна безпека, піротехнічні суміші, термічні дії, процеси горіння, моделі горіння металізованих конденсованих систем.

Біографії авторів

Євгеній Павлович Кириченко, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

Ад’юнкт Черкаського інституту пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

Василь Васильович Ковалишин, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності

д.т.н., професор

Віктор Михайлович Гвоздь, Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України

к.т.н., професор

В’ячеслав Андрійович Ващенко, Черкаський державний технологічний університет

д.т.н., професор

Сергій Олександрович Колінько, Черкаський державний технологічний університет

к. ф.-м. н, доцент

Валентин Вікторович Цибулін, Черкаський державний технологічний університет

Викладач

Посилання

A. A. Shidlovskii, A. I. Sidorov, and N. A. Silin, Pyrotechnics in the national economy. Moscow, Russia: Mashinostroenie, 1978 [in Russian].

N. A. Silin, V. A. Vashchenko, L. Ya. Kashporov et al., Metallic fuels of heterogeneous condensed systems. Moscow, Russia: Mashinostroenie, 1976 [in Russian].

N. A. Silin, V. A. Vaschenko, N. I. Zaripov et al., Oxidants of heterogeneous condensed systems. Moscow, Russia: Mashinostroenie, 1978 [in Russian].

N. A. Silin, V. A. Vaschenko, L. Ya. Kashporov et al., Combustion of metalized heterogeneous condensed systems. Moscow, Russia:Mashinostroenie, 1982 [in Russian].

V. A. Vaschenko, O. V. Kirichenko, Yu. G. Lega, P. I. Zaika, I. V. Yatsenko, and V. V. Tsybulin, Combustion processes of metallized condensed systems. Kiev, Ukraine: Naukova dumka, 2008 [in Russian].

O. V. Kirichenko, P. S. Pashkovskiy, V. A. Vashchenko, and Yu. G. Lega, Fundamentals of fire safety of pyrotechnic nitrate-containing products in the conditions of external thermal influences. Kyiv, Ukraine: Naukova dumka, 2012 [in Ukrainian].

А. V. Molodyk, "The history of the development of scientific and technical direction "Optical homing heads", in 2nd Ukr. Sci. and Tech. Conf. Special instrumentation:state and prospects: coll. of abstracts. Kiev, Ukraine: Arsenal, 2016 [in Russian].

А. V. Molodyk, N. I. Nosov, G. А. Smolar, and D. V. Lozbin, "Experience and prospects for solving thermo-physical problems of creating optoelectronic special products for infrared technology", in 2nd Ukr. Sci. and Tech. Conf. Special instrumentation:state and prospects: coll. of abstracts. Kiev, Ukraine: Arsenal, 2016 [in Russian].

L. P. Vogman, and V. V. Lepesiy, "Fire safety requirements for household pyrotechnic products", Pozharovzryvobezopasnost, no. 4, pp. 51-57, 1998 [in Russian].

L. P. Vogman, V. A. Zuykov, V. E. Tatarov, and V. V. Lepesiy, "Development of ecommendations for ensuring fire safety of fireworks pyrotechnic products", pozharovzryvobezopasnost, no. 3, pp. 24-41, 2002 [in Russian].

DSTU 4105 – 2002. Household pyrotechnic products. General safety requirements. Approved by the order of the State Standard of Ukraine of June 12, 2002, no. 356 [in Ukrainian].

STO 4. 3. 1 – 2003. Pyrotechnic products. Safety rules for handling pyrotechnic products. Sergiev-Posad, Russia: Rapidfeyyerverk, 2013 [in Russian].

STO 4. 3. 2 – 2003. Pyrotechnic products. The procedure and rules for organizing and conducting fireworks. Sergiev-Posad, Russia:Rapid-feyyerverk, 2013 [in Russian].

DSTU 4316 – 2004. Pyrotechnic articles for household use. Fire safety requirements and test methods. Approved by the order of the State Standard of Ukraine of July 5, 2004, no. 130 [in Ukrainian].

G. N. Kirillov et al., Fire safety requirements for handling pyrotechnic products. Review and analytical material. Moscow, [in Russian].

V. A. Makovei, "Basic requirements of fire safety when handling pyrotechnic products", Chrezvychaynyye situatsii: promyshlennaya i ekologicheskaya bezopasnost, no. 1-3 (6-8), pp. 13-21, 2011 [in Russian].

V. A. Vashchenko, "Optimization of the influence of external actions on the processes of interaction of the combustion wave with metallized condensed systems", Visti Akademiyi inzhenernykh nauk Ukrayiny, no. 1, pp. 31-39, 1995 [in Ukrainian].

V. A. Vashchenko, "Design of optimal technological modes of interaction of combustion waves with metallized condensed systems", Visti Akademiyi inzhenernykh nauk Ukrayiny, no. 2, pp. 41-48, 1995 [in Ukrainian].

V. A. Vashchenko, High-temperature technological processes of interaction of concentrated energy sources with materials. Moscow, Russia: Deposited at VINITI 08.07.96 [in Russian].

O. V. Kirichenko, V. V. Tsybulin, I. V. Yatsenko, and V. A. Vashchenko, "Modeling of fire and explosion hazardous modes of combustion of nitrate systems when using pyrotechnic products", Vísnyk Cherkaskogo derzhavnogo tekhnologíchnogo uníversitetu, no. 4, pp. 35-41, 2008 [in Russian].

O. V. Kirichenko, "Modeling of limiting, unstable combustion modes of pyrotechnic nitrate systems taking into account the agglomeration of metallic fuel", Naukovyi visnyk UkrNDIPB, no. 1 (17), pp. 78-86, 2008 [in Russian].

O. V. Kirichenko, V. A. Vashchenko, and V. V. Tsibulin, "Fire-hazardous thermal effects on the surface of metal housings of pyrotechnic articles in the conditions of fire and flight", Problemy pozharnoy bezopasnosti, no. 32, pp. 98-112, 2012 [in Ukrainian].

O. V. Kirichenko, "Thermal effects on the surface of metal fairings of pyrotechnic products in the conditions of a shot and flight", Pozharovzryvobezopasnost, no. 9, pp. 6-11, 2013 [in Russian].

O. V. Kirichenko, "Modeling of the heating process of metal shells of pyrotechnic products under conditions of external thermal effects", Chrezvychaynyye situatsii:obrazovaniye i nauka, no. 2, pp. 37-45, 2013 [in Russian].

O. V. Kirichenko, O. S. Dibrova, R. B. Motrichuk, Ye. O. Tishchenko, and V. V. Tsibulin, "Determination of permissible modes of heating of pyrotechnic mixtures during their operation", Vísnyk Cherkaskogo derzhavnogo tekhnologíchnogo uníversitetu, no. 2, pp. 5-11, 2018 [in Ukrainian].

O. S Dibrova, O. V. Kirichenko, R. B. Motrichuk, and V. A. Vashchenko, "Regularities of influence of technological parameters on fire safety of pyrotechnic nitrate-titanium mixtures in the conditions of external thermal actions", Internauka, no. 5/5798, 2020. [Online]. Available: http://www.internauka. com [in Ukrainian].

O. Dibrova, O. Kyrychenko, R. Motrychuk, M. Tomenko, and V. Melnyk, "Fire safety improvement of pyrotechnic nitrate-metal mixtures under external thermal conditions", Technology audit and production reserves, no. 1/1 (51), рp. 44-49, 2020.

V. A. Vashchenko, O. V. Kirichenko, V. D. Akinshin, V. V. Tsybulin, and I. V. Yatsenko, "A complex of test installations simulating real conditions for the use of pyrotechnic nitrate-containing products", Naukovyi visnyk UkrNDIPB, no. 1 (19), pp. 127-137, 2009 [in Russian].

G. Korn, and T. Korn, Handbook on mathematics for scientists and engineers. Moscow, Russia: Nauka, 1984 [in Russian].

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-24

Як цитувати

Кириченко, Є. П., Ковалишин, В. В., Гвоздь, В. М., Ващенко, В. А., Колінько, С. О., & Цибулін, В. В. (2021). ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ТА РОЗРОБКА МОДЕЛІ РОЗВИТКУ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ ПІРОТЕХНІЧНИХ СУМІШЕЙ МЕТАЛЕВЕ ПАЛЬНЕ + ОКСИД МЕТАЛУ ПРИ ЗОВНІШНІХ ТЕРМІЧНИХ ДІЯХ. Вісник Черкаського державного технологічного університету, (4), 68–82. https://doi.org/10.24025/2306-4412.4.2021.251602

Номер

Розділ

Хімічні технології та інженерія, екологічна безпека

URN