Пожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПараметры процесса термического разложения материала (Тнр, % , K) и тепловой эффект этого процесса (Q) следует определять экспериментально методами термогравиметрии и дифференциально-термического анализа.
Для определения перемещений каркаса при вспучивании используется интегральная аппроксимация кинетики вспучивания:
предполагающая определение параметров kv (коэффициент вспучивания) и n из эксперимента на установке, позволяющей фиксировать перемещение поверхности представительных образцов покрытия в ходе нагрева.
Температуры Тнп и Ткп, ограничивающие область вспучивания, можно определять по результатам дифференциально-термического и термогравиметрического анализов материала покрытия, как граничные температуры зоны эндотермических эффектов и интенсивной убыли массы, которые свидетельствуют о протекании в материале процессов разрыва внутренних связей, приводящих к его переходу в пластичное состояние и выделению газов пиролиза.
Алгоритм расчета эффективной теплопроводности пористого материала прогретого слоя огнезащиты заключается в следующем.
Исходные данные, необходимые для проведения численных расчетов:
1. Начальная объемная плотность материала р0 (принимается по паспортным данным конкретного материала).
2. Массовые доли основных окислов, входящих в состав материала; а = CaO, SiO2,Al2O3, MgO (принимается по паспортным данным конкретного материала).
3. Зависимость от температуры степени завершенности термического разложения представительного образца исследуемого материала; m (T ) — текущее значение массы образца, определяемое методами термогравиметрии).
4. Плотность и температурные зависимости теплофизических характеристик компонентов скелета исследуемого материала. Принимаются по данным работы.
5. Кондуктивная теплопроводность пара.
6. Параметр контактного сопротивления на границах между "зернами" материала Мк (определяется расчетом по методике работы и, при необходимости, уточняется при согласовании расчета с экспериментальными данными по теплопроводности при нормальной температуре).
7. Коэффициент вспучивания kv (определяется непосредственно по экспериментальным данным, полученным на установке лучистого нагрева).
8. Параметр лучистого теплопереноса в порах и коэффициент диффузии пара в прогретом слое огнезащиты KD (определяются как параметры математической модели методом решения обратной задачи при согласовании расчета температурных полей с экспериментальными данными, полученными на установке лучистого нагрева).
Разработке программы расчета тепломассопереноса во влагосодержащей и вспучивающейся огнезащите предшествовала численная реализация моделей огнезащиты из вспучивающихся материалов на органической основе и водосодержащих составов на минеральном вяжущем. на всех этапах решалась задача по достижению оптимального сочетания степени детализации физико-математических моделей, возможностей их численной реализации, уровня вычислительной техники и точности вычислений.
Исходное дифференциальное уравнение (1) решено методом конечных разностей. Разностные аналоги дифференциального уравнения решались методом итераций. Была создана и использована соответствующая модификация метода итераций, обеспечивающая на базе общих принципов и алгоритмов устойчивость и сходимость итерационного процесса при наличии всех перечисленных выше особенностей тепломассопереноса в деформируемой пористой среде. на каждой итерации применялся метод прогонки с использованием неявной четырехточечной схемы.
Сложность численной реализации рассматриваемой модели по сравнению с описанными была обусловлена одновременным действием следующих факторов. Во-первых, большим деформированием расчетной области, интенсивно протекающим в достаточно малой по сравнения с общей толщиной покрытия зоне. Во-вторых, наличием в покрытии подвижных зон (фронтов) испарения адсорбированной влаги, дегидратации и конденсации, в которых реализуется интенсивное локальное выделение (при конденсации) или поглощение (при испарении и дегидратации) энергии.
Использовалась нерегулярная и неравномерная разностная сетки с 8 - 10-кратным по сравнения с областью исходного материала сгущением (увеличением числа узлов) в зоне вспучивания с последующей релаксацией сгущения по мере выхода за границу этой зоны. Параметры сетки выбирались из условий обеспечения сходимости и устойчивости разностного решения, а ее перестройка велась на каждом шаге по времени. При этом проводилось сгущение сетки в окрестности источников или стоков и разрежение на отрезках, через которые фронты тепловыделения или поглощения тепла прошли.
Модификация метода итераций заключалась в использовании коэффициента последовательного усреднения. Возможности современных компьютеров позволили выбирать оптимальные коэффициенты усреднения, исходя из анализа скорости сходимости итераций, максимальных градиентов температур, скорости изменения краевых условий и скорости изменения во времени искомой функции — температуры. При этом была обеспечена аппроксимация не ниже h2 (h — шаг разностной сетки по пространственной координате) во всех точках разностной сетки.
Рис. 1. Зависимости от времени температуры поверхности образца покрытия ОСП-1 до изменения его рецептуры и стальной пластины при испытаниях на установке радиационного нагрева: при толщине покрытия 3,33 мм и плотности теплового потока 45 кВт/м2 (а), при толщине покрытия 0,8 мм и тепловом потоке 40 кВт/м2 (б)