Область применения

В природных и техногенных катастрофах наибольшую опасность для объектов различной физико-химической и биологической природы представляет тепловое излучение. При его воздействии на горючие материалы может произойти их возгорание и образовываться новые очаги пожара. Наибольшую опасность для человека представляет зажигание покровного слоя одежды, изготовленного из тканого целлюлозного материала и его композитов.

При прогнозировании последствий воздействия опасных факторов пожара на материалы одежды необходимо количественно оценивать зоны теплового поражения человека в различных сценариях развития аварийной ситуации. Такой прогноз можно сделать только на основании построения математической модели процессов термического разложения и воспламенения текстильных материалов.

Математическая модель зажигания полимерных целлюлозных материалов представляет собой сложный нестационарный физико-химический процесс. Практически наиболее важными для пожарной безопасности и наименее изученными процессами интенсивного термического разложения являются объемное испарение, пиролиз, ускорение химической реакции и воспламенение продуктов разложения в газовой фазе и тепловой взрыв в конденсированной фазе.

Любая модель является идеализацией реальных процессов. Поэтому ее адекватность устанавливается экспериментальным измерением температурного поля в пламени и самом материале. А для измерения проходящего через материал тепла – в медном калориметре.

Технология измерения

Пиролиз и воспламенение горючих полимерных материалов при высокоинтенсивном нагреве излучением является высокоинтенсивным процессом. Время от начала облучения до зажигания может занимать десятые доли секунды. Диапазон изменения температур в пламени составляет 20-2000 °С, в образце – -50-800 °С, в калориметре – 20-250 °С. Поэтому диаметр термопар и материал электродов должны обеспечивать необходимую точность, инерционность и чувствительность.

Разработана технология измерения температуры в газовой фазе с помощью микротермопар ВР 5/20, в середине текстильного материала путем вплетения микроэлектродов медь-константан и хромель-копель между волокнами материала, в калориметре с оценкой погрешности измерения в результате теплопотерь конвекцией и излучением.

На поверхности материала температура может измеряться двумя методами: бесконтактным оптическим (тепловизор) и контактным с помощью микротермопар. В процессе нагрева продукты пиролиза и пламя экранируют поверхность. Поэтому наиболее достоверные результаты получаются при контактном методе измерения. Проблема теплового контакта спая термопары с поверхностью материала решена применением специального устройства натяжения микроэлектродов.

Результаты исследований докладывались на международных конференциях и опубликованы в реферируемых журналах и получили положительную оценку специалистов.

Рисунки

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки и методика измерения

1. источники излучения (ксеноновые лампы);
2. концентратор светового потока;
3. испытуемый образец;
4. калориметр;
5. электронные весы;
6. датчик давления;
7. датчик контроля изменения интенсивности; излучения;
8. оптический прибор для измерения поверхностной температуры;
9. вольфрам-рениевые термопары;
10. дислокация микротермопар: a,с - медь-константановые; b – хромель-алюмелевые.