Пожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьОписаны разработанные авторами физическая и математическая модели функционирования водосодержащей вспучивающейся огнезащиты. Огнезащита этого типа отличается наиболее сложным поведением при огневом воздействии по сравнению с огнезащитой других типов, модели работы которых опубликованы ранее. Вместе с тем, такая огнезащита обладает повышенной эффективностью.
Экспериментальная проверка подтвердила правомерность принятых при разработке моделей допущений. Применение разработанной модели на практике дает возможность проводить расчеты требуемых толщин огнезащиты для различных конструкций и разрабатывать рекомендации по оптимизации ее рецептуры.
К числу наиболее эффективных и относительно дешевых средств огнезащиты относятся вспучивающиеся огнезащитные покрытия на неорганической основе, содержащие в своем составе кристаллическую и адсорбционную воду. Они сочетают в себе основные преимущества вспучивающихся покрытий, образующих на обогреваемой поверхности толстый слой пористого пенококса, который обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, и водосодержащих покрытий, поглощающих большое количество теплоты при дегидратации и выделяющих при нагреве водяной пар, который блокирует тепловой поток от источника теплового воздействия на покрытие.
Характерными примерами водосодержащих вспучивающихся огнезащитных покрытий на неорганической основе, широко применяющихся на практике, являются покрытия ОСП-1, ОЗС-МВ, Файрекс-400, ТОЗ-1В, Антигор.
Отвечающие современным требованиям по достоверности и точности математические модели функционирования вспучивающихся огнезащитных покрытий на органической основе описаны в работах, а огнезащиты из невспучивающихся водосодержащих составов на неорганической основе — в работах. Данная статья посвящена математическому моделированию работы вспучивающейся огнезащиты, отличающейся наиболее сложным поведением при огневом воздействии по сравнению с огнезащитой других типов, модели работы которых опубликованы ранее.
Математическое описание тепломассопереноса в конструкциях со вспучивающейся огнезащитой, содержащей в своем составе воду, составлено на основе общей системы уравнений тепломассопереноса с учетом опыта аналогичных разработок для других типов огнезащиты, обобщенного в монографии. Проведенные численные оценки показали возможность принятия для рассматриваемого случая следующих допущений.
1. Процесс вспучивания развивается квазистационарно.
2. Температуры скелета (каркаса) пористого материала и пара, заполняющего поры, в каждой точке слоя огнезащиты одинаковы.
3. Влияние гравитации на массоперенос не существенно.
4. Испарение влаги происходит при температурах Т > Ts, а конденсация — при температурах T < Ts (Ts — температура кипения воды в капиллярах и порах при данном давлении).
5. Пар, заполняющий поры в зоне конденсации, находится в насыщенном состоянии.
6. Движущей силой массопереноса в зоне конденсации является градиент давления насыщенного пара, а в зоне испарения — градиент общего давления пара внутри пористого проницаемого материала.
7. Движение пара внутри проницаемого пористого материала безинерционно.
8. Движение воды в жидкой фазе отсутствует.
При этих допущениях дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности в многослойной пластине, наружным слоем которой является водосодержащее вспучивающееся покрытие, записанное в системе координат 0Д начало которой связано с исходным положением обогреваемой поверхности покрытия, имеет вид:
К уравнению нестационарной теплопроводности (1) следует добавить следующие замыкающие соотношения.
Эффективная теплопроводность материала, учитывающая выделение теплоты при конденсации, определяется по формуле:
Координата линии растекания пара определяется из соотношения:
Массовая скорость конденсации пара на непроницаемой поверхности (на границе насыщенного водой слоя) определяется из соотношения (14) при y = ус. Массовая скорость испарения конденсата из зоны насыщенного водой материала после достижения этой границы фронтом испарения определяется непосредственно из условия (8).
Эффективную теплопроводность материала в направлении оси 0Х, а также плотность и теплоемкость каркаса следует определять экспериментально или расчетом по составу и свойствам компонентов материала.