Экспериментальные исследования нагрева и зажигания растительных горючих материалов

1.

Экспериментальные исследования
нагрева и зажигания растительных
горючих материалов
Андреюк С.М.
Научный руководитель доцент,
к.ф.-м.н. Фильков А.И.
Томск - 2015

2.

ВВЕДЕНИЕ
2

3. Влияние размера образца торфа на процесс нагрева

3

4. Рис. 1 Экспериментальная установка

Методика эксперимента
Рис. 1 Экспериментальная установка
4

5. Экспериментальные образцы

Торфяная залежь верхового типа, собранная в районе
Томской области
5

6. Результаты и анализ

174
Tпечи-Tобр, без изоляции
60
171
Tпечи-Tобр, с изоляцией
55
50
168
45
165
40
162
30
156
образец 10 мм
Tпечи, без изоляции
153
25
20
Tобр, без изоляции
150
147
Tпечи, с изоляцией
15
Tобр, с изоляцией
10
144
5
141
0
0
1
2
3
4
5
6
Т, С
Т, С
35
159
7
t, мин
Рис. 2 Влияние изоляции термопары на измерение температуры печи и
образца со сторонами 10 мм
6

7.

Tпечи-Tобр, с изоляцией
170
Т, С
165
160
образец 20 мм
Tпечи, без изоляции
155
Tобр, без изоляции
150
Tпечи, с изоляцией
Tобр, с изоляцией
145
140
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Т, С
Tпечи-Tобр, без изоляции
175
20
t, мин
Рис. 3 Влияние изоляции термопары на измерение температуры печи и
образца торфа со сторонами 20 мм
7

8.

220
Tпечи
200
180
Tобр
160
140
Т, С
120
10 мм
15 мм
20 мм
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t, мин
Рис. 4 Влияние размера образца торфа на скорость нагрева при
температуре печи 200 °С
8

9.

Tпечи
220
200
180
Tобр
160
140
10 мм
15 мм
20 мм
Т, С
120
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t, мин
Рис. 5 Влияние размера образца торфа на скорость нагрева при
температуре печи 210 °С
9

10.

Tпечи
240
220
Tобр
200
180
Т, С
160
10 мм
15 мм
20 мм
140
120
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
t, мин
Рис. 6 Влияние размера образца торфа на скорость нагрева при
температуре печи 230 °С
10

11. Генерация горящих частиц и описание их характеристик

11

12. Экспериментальная установка

12

13. Конструктивная схема установки

1 – поддон;
2 – грунт;
3 – напочвенный покров;
4 – штатив;
5 – кювета;
6 – скоба;
7 – фиксатор;
8 – образцы частиц;
9 – раздвигаемое дно;
10 – шарниры;
11 – стопор.
13

14. Экспериментальные образцы

Кора сосны
Опад хвои сосны
14

15. Методика эксперимента

Скорость ветра – 0, 1, 1.5, 2 м/с
Влагосодержание частиц коры – 2.9%
Влагосодержание хвои – 9.3%
Размер частиц 10х10, 15х15, 20х20, 25x25, 30х30 мм2
и толщиной 5 мм
Напочвенный покров представлял собой
размером 200х200 мм2 и высотой 70 мм
Плотность напочвенного покрова 104.64 кг/м3
площадку
15

16.

Фотография тлеющих частиц, сброшенных на напочвенный покров
16

17.

Результаты исследования
10
загорелось
9
Колличество частиц (N)
8
7
6
не загорелось
5
4
3
2
1
0
10x10
15x15
20x20
25x25
30x30
2
Размер частиц (S, мм )
скорость ветра 1 м/с
17

18.

10
9
загорелось
Колличество частиц (N)
8
7
6
тлеет
5
4
не загорелось
3
2
1
10x10
15x15
20x20
25x25
30x30
2
Размер частиц (S, мм )
скорость ветра 1.5 м/с
18

19.

10
9
Колличество частиц (N)
8
загорелось
7
6
5
4
тлеет
3
2
не загорелось
1
0
10x10
15x15
20x20
25x25
30x30
2
Размер частиц (S, мм )
скорость ветра 2 м/с
19

20.

Границы воспламенения покрова из целлюлозы алюминиевыми частицами
[A. C. Fernandez-Pello, C. Lautenberger, D. Rich, C. Zak, J. Urban, R. Hadden, S. Scott & S.
Fereres (2015) Spot Fire Ignition of Natural Fuel Beds by Hot Metal Particles, Embers, and
Sparks, Combustion Science and Technology, 187:1-2, 269-295]
20

21. Результаты и Выводы

• Получены зависимости температур образцов торфа и печи от
размера образцов и температуры нагрева.
• Нагрев термопары без изоляции не приводит
существенному повышению температуры образца торфа.
к
• С увеличением размера образца увеличивается время выхода
его температуры на стационар. С ростом температуры нагрева
уменьшается влияние размера образца и разница температур
печи и образца.
• Разработанная установка позволяет исследовать начальную
стадию процесса пиролиза образцов торфа в естественном
состоянии со сторонами до 20 мм, при этом температуры не
должны превышать 230 °С.
21

22.

Проведено исследование зажигания напочвенного покрова хвои
сосны одиночными частицами и группой частиц различных
размеров.
Ветер играет основополагающую роль в процессе воспламенения
напочвенного покрова. Так, для ветра 1 м/с тление отсутствует и
воспламенение начинается для 10-ти частиц размером 25 х 25 мм2.
При увеличении ветра до 2 м/с начинается процесс тления
напочвенного покрова, без появления пламени, при 3ех частицах
размером 15 х 15 мм2, переходящий в пламенное горение уже при 6ти частицах этого же размера.
Область
«неопределённости»,
где
происходит
тление
напочвенного покрова без перехода в воспламенение,
уменьшается при увеличении скорости ветра. Следует отметить,
что вероятность воспламенения напочвенного покрова горящими
частицами носит экспоненциальный характер.
Для всех рассмотренных скоростей ветра для частиц с размером 10
х 10 мм2, вне зависимости от их количества, отсутствует тление и
зажигание напочвенного покрова.
22

23.

Публикации
Grishin A.M., Filkov A.I., Loboda E.L., Reyno V.V., Kozlov A.V., Kuznetsov V.T., Kasymov
D.P., Andreyuk S.M., Ivanov A.I., Stolyarchuk N.D. A Field Experiment on Grass Fire Effects on
Wooden Constructions and Peat Layer Ignition // International journal of Wildland Fire. – 2014. –
Vol.23(3) . – P.445–449.
Гришин А.М., Фильков А.И., Лобода Е.Л., Рейно В.В., Кузнецов В.Т. и др. Натурные
экспериментальные исследования воздействия полевого пожара на деревянные ограждения
и слой торфа // Пожарная Безопасность. №3. 2013. С. 52-58.
Андреюк С.М., Фильков А.И. Исследование особенностей прогрева образца торфа в
зависимости от размера // Труды Томского госуниверситета. Серия Физико–математическая,
2014, Т. 293, ISBN 978-5—7511-2317-8 (принята к печати)
Тезисы
S.M. Andreyuk ,A.I. Filkov, V.T. Kuznetsov, O. Korobeinichev, O.V.Sharypov. Kinetic Study
of Pyrolysis Processes of Peat // 4th Fire Behavior and Fuels Conference (St.Peterburg, July 14,2013) 52–53 с.
Андреюк С.М., Фильков А.И., Шарыпов О.В. Исследование кинетики процесса
пиролиза различных типов торфа // Современные методы механики: Материалы
международной молодежной конференции. Томск: Изд-во Том.ун-та, 2012. С. 104-106.
Андреюк С.М. Влияние размера образца торфа на процесс пиролиза// Научная
конференция
студентов
механико-математического
факультета
ТГУ:
Сборник
конференции (Томск, 24 – 30 апреля 2014 г.) – Томск: Томский государственный
университет, 2014 г. – 73–74 с.
Андреюк С.М. Экспериментальные исследования воспламенения опада хвои сосны в
результате воздействия горящих частиц // Актуальные проблемы современной механики
сплошных сред и небесной механики: Материалы IV Международной молодёжной научной
конференции (17-19 ноября, 2014 г., Томск, Россия), 25 с.
23

24. Спасибо за внимание!

24