Визначення пожежонебезпечного температурного режиму при розвитку гніздового самонагрівання рослинної сировини

Збільшення урожаїв рослинної сировини неминуче приводить до збільшення об'ємів та термінів її зберігання. Рослинна сировина є дисперсним продуктом, у насипу якого часто виникають теплові процеси самонагрівання. Причиною їх є порушення технологічних норм зберігання сировини, а наслідком є прискорене псування продукції і можливе її загоряння. При цьому внаслідок великої маси сировини, пожежа може досягати величезних розмірів, заподіяти значний матеріальний і соціальний збиток, а його ліквідація пов'язана з великими труднощами.

Особливістю розвитку осередку самонагрівання у сховищах силосного типу є те, що він ізольований шаром рослинної сировини, яка має низьку теплопровідність і високу сорбційну здатність. В умовах підвищеної вологості і температури, засміченості, масляничності починаються процеси самонагрівання, які розвиваються повільно, але приводять до збільшення швидкості екзотермічних реакцій окислювання і бродіння продукту. Виділена в якій-небудь частині дисперсного насипу теплота локалізується в ній теплоізоляційним шаром рослинної сировини. Це підсилює процес самонагрівання, який може перейти в самозаймання. З погляду профілактики пожежі найбільш важливим є процес самонагрівання, оскільки він є досить тривалим і передує самозайманню.

Існуючі на даний час на підприємствах агропромислового комплексу системи температурного контролю дозволяють одержувати дані про термічний стан насипу рослинної сировини, однак не дозволяють прогнозувати ріст температури в часі для конкретного осередку самонагрівання.

Унаслідок цього актуальною є задача вдосконалення систем температурного контролю насипу рослинної сировини та прогнозування динаміки температурного стану шляхом створення методів ідентифікації геометричних і теплофізичних параметрів осередків.

Потрібні методи, які дозволять визначати параметри осередку (розміри, питому потужність тепловиділення, координати центра осередку), а також спрогнозувати час досягнення пожежонебезпечних температур у насипу, що важливо для ліквідації самонагрівання на ранній стадії його розвитку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження проводилось у рамках науково-дослідної роботи "Дослідження температурних полів гніздового самозігрівання рослинної сировини" (державний реєстраційний № 0102U001355) та "Дослідження температурних полів рослинної сировини у силосах елеваторів" (згідно договору № 44 от 24.10.2001г.).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів ідентифікації параметрів осередків самонагрівання для вдосконалення систем температурного контролю насипу рослинної сировини та прогнозування розвитку температури.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

§ вивчити характерні риси виникнення та розвитку осередків самонагрівання у насипу рослинної сировини; § розробити моделі температурних полів гніздового самонагрівання, що враховують нерівномірність розподілу термоджерел в осередку та дослідити особливості нестаціонарних температурних полів у залежності від умов теплообміну, форм насипу та місць розташування одного та декількох осередків у масиві сировини; § провести експериментальні дослідження процесу гніздового самонагрівання рослинної сировини; § дослідити температурні поля при наявності осередків самонагрівання еволюційного типу; § розробити методи визначення геометричних і теплофізичних параметрів осередків по заміряних температурах в окремих точках насипу та провести апробацію методів шляхом порівняння результатів розрахунків з експериментальними даними; § розробити принципіальну схему системи ліквідації осередків самонагрівання, а також рекомендації щодо підвищення рівня протипожежного захисту на об'єктах по збереженню і переробці рослинної сировини.

Об'єктом дослідження є самонагрівання рослинної сировини, як джерело пожеж на підприємствах агропромислового комплексу.

Предмет дослідження - пожежонебезпечні температурні поля при гніздовому самонагріванні рослинної сировини.

Методи дослідження, прийняті в роботі, складають комплекс аналітичних методів теплопровідності і математичного моделювання теплофізичних процесів у масиві сировини з внутрішніми термоджерелами.

Загальною методологічною основою було використання рівнянь теорії теплопровідності та рядів Фур'є, методу найменших квадратів у нелінійній формі.

На основі запропонованих розв'язків зворотної задачі нестаціонарної теплопровідності була розроблена методика ідентифікації параметрів гніздового осередку самонагрівання та прогнозування еволюції температурного поля.

Матеріал подано з використанням таблиць, графіків, розрахункових схем та логічних висновків.

Достовірність отриманих результатів забезпечується:

- чітким і послідовним застосуванням математичних методів при рішенні задач дослідження; - перевіркою адекватності отриманих результатів шляхом їх порівняння з теоретичними та експериментальними результатами інших дослідників.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. вперше отримано аналітичний розв'язок температурної задачі тригонометричними рядами прискореної збіжності та досліджено вплив закону розподілу термоджерел на температурне поле. Проведена експериментальна перевірка теоретичних результатів. 2. вперше при вивчені нестаціонарних температурних полів самонагрівання сировини враховувалися розміри та форма масиву сировини, місця розташування осередку в насипу, умови теплообміну на краях насипу. Встановлена гранична відстань від краю осередку до границь насипу, коли можна не враховувати умови теплообміну на граничних поверхнях масиву. Показано, що ця відстань залежить від проміжку часу, на якому розглядається температурний процес. 3. вперше розв'язана задача нестаціонарного температурного розподілу при наявності декількох гніздових осередків. Встановлена межа відстані між осередками, коли можна не враховувати вплив сусіднього осередку. 4. Створено математичні моделі температурного поля при наявності осередків еволюційного типу. 5. розроблено метод ідентифікації параметрів осередку при гніздовому самонагріванні за допомогою номограм, які побудовано в роботі. 6. Створено алгоритм та програмне забезпечення числового розв'язання зворотних задач нестаціонарної теплопровідності на комп'ютері. 7. Розроблена принципіальна схема системи ліквідації осередків самонагрівання рослинної сировини в силосах та бункерах силосного типу, а також практичні науково-обгрунтовані рекомендації щодо підвищення рівня протипожежного захисту підприємств зі зберігання та переробки рослинної сировини.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення роботи полягає:

1) У створенні пакету програм та номограм, які дозволяють обчислювати час виникнення пожежонебезпечної ситуації при зберіганні сировини, а також знайти розміри і потужності внутрішніх осередків термічної активності, які треба подавити для усунення аварійної ситуації. 2) У розробці науково обгрунтованих рекомендацій щодо підвищення пожежної безпеки об'єктів зберігання та переробки рослинної сировини, а також принципіальної схеми системи ліквідації осередків на початковій стадії виникнення процесу самонагрівання.

Запропоновані методи ідентифікації параметрів осередків самонагрівання, технічне рішення у вигляді програмного продукту "Poshuk", методика визначення пожежонебезпечного температурного режиму в насипу рослинної сировини та рекомендації щодо підвищення протипожежного захисту об'єктів зі зберігання та переробки рослинної сировини впроваджені в технологічний процес ЗАО "Запоріжжя - Млин" і на дочірньому підприємстві Державної акціонерної компанії "Хліб України" "Сахновщинський Елеватор". Методи ідентифікації параметрів осередків самонагрівання, методика визначення пожежонебезпечного температурного режиму в насипу рослинної сировини, розроблені математичні моделі, а також рекомендації щодо підвищення протипожежного захисту об'єктів агропромислового комплексу впроваджені в навчальний процес АЦЗ України.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проведено: огляд науково-технічних підходів до розв'язання проблеми самонагрівання рослинної сировини [1]; аналіз сучасного стану пожежної безпеки на підприємствах агропромислового комплексу [1].

В роботах [1, 5, 18] автору належать формули для опису температурного приросту в осередку, в залежності від часу, у вигляді рядів прискореної збіжності; в [1, 7] автору належать результати дослідження залежності температурних приростів від закону розподілу термоджерел; в роботах [1, 6, 21] автору належать результати дослідження впливу граничних умов на приріст температури в осередку та формула для визначення відстані гніздового осередку від границі масиву, коли можна ігнорувати впливом граничних умов на торцях; в [1, 19] автору належать результати дослідження впливу на приріст температури форми осередку; в роботах [1, 12, 16] автору належать результати досліджень приросту температури в осередку самонагрівання при наявності декількох гніздових осередків та формула для визначення такої відстані між ними, коли можна ігнорувати впливом сусіднього термоджерела.

Роботи [11, 15 - 23] написані без співавторів.

Особиста участь також полягає в розробці математичних моделей гніздового осередку еволюційного типу [1, 4, 8, 9, 13, 14, 20, 23]; в розробці методу ідентифікації параметрів гніздового осередку за допомогою номограм [1, 10, 11, 22]; в розробці комп'ютерного методу ідентифікації параметрів гніздових осередків та прогнозування процесу самонагрівання [1, 3, 17] та написання пакету прикладних програм, які дозволяють визначати параметри гніздового осередку та інші теплофізичні характеристики за результатами вимірювань температури в окремих точках масиву [1]; в розробці принципіальної схеми системи ліквідації осередків самонагрівання в силосах та бункерах силосного типу [2, 15]; в розробці науково обгрунтованих практичних рекомендацій щодо підвищення рівня протипожежного захисту об'єктів зі зберігання та переробки рослинної сировини [1].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на науково-технічних семінарах АПБ України (м. Харків, 2000 - 2003 р. р.); на IV науково-практичній конференції "Актуальні проблеми в дослідженнях молодих вчених м. Харкова" (Національний університет ім. В. Н. Каразіна, м. Харків, 2001 р.); на міжнародній науково-практичній конференції "MicroCAD - 2001" (НТУ "ХПІ", м. Харків, 2001 р.); на XVI науково-практичній конференції "Крупные пожары: предупреждение и тушение" (ФДУ ВНДІПО МВС Росії, м. Москва, 2001 р.); на V науково-практичній конференції "Пожежна безпека - 2001" (ЛІПБ, м. Львів, 2001 р.); на науково-практичному регіональному семінарі "Пожежонебезпечність зберігання рослинної сировини" (АПБУ, м. Харків, 2003 р.); VI науково-практичній конференції "Пожежна безпека - 2003" (АПБУ, м. Харків, 2003 р.); на міжнародній науково-практичній конференції "Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях" (С-Пб інститут ГПС, м. Санкт-Петербург, 2003 р.); на науково-технічній конференції "Шляхи автоматизації, інформатизації та комп'ютеризації діяльності МНС України" (АЦЗУ, м. Харків, 2004 р.), на науково-практичній конференції "Об'єднання теорії та практики - залог підвищення боєздатності пожежно-рятувальних підрозділів" (АЦЗУ, м. Харків, 2004 р.).

Публікації. Основні результати наукових досліджень автора по дисертації опубліковані у одній монографії, 12 наукових статтях, які включені в перелік ВАК України, 10 тезах доповідей наукових конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 171 сторінку, вона містить 32 рисунки, 26 таблиць і 164 використаних літературних джерел.

У вступі обгрунтовується вибір і актуальність теми дослідження, визначається мета і задачі досліджень, наукова новизна, практична значимість роботи.

Перший розділ присвячено особливостям процесу самонагрівання рослинної сировини. Розглянуто основні причини виникнення цього процесу. Відзначено, що при вологості більше нормативної та при температурі більше 10 0С, незалежно від видового та кількісного складу мікроорганізмів, діяльність яких є першопричиною самонагрівання, починається процес самонагрівання. При температурі 65 - 75 0С більшість мікроорганізмів гине, але потім генерація тепла проходить за рахунок хімічних та екзотермічних процесів. Подальше збільшення температури може привести до виникнення самозаймання сировини. Особливістю цього процесу є те, що тепло, яке виділяється в будь-якій частині дисперсного насипу, локалізується в ньому теплоізоляційним шаром рослинного матеріалу.

Проводиться аналіз математичних моделей пошуку поля температур у вологих матеріалах. Аналіз досліджень Абрамова Ю. О., Богомолова В. В., Власова О. Є., Вогмана Л. П., Дерягіна Б. В., Дегтярьова О. Г., Іванова М. І., Крішера О., Кутенера А. В., Ликова О. В., Ольшанського В. П., Откідача Д. М., Пашковського П. С., Тихонова О. М., Франчука А. У., Чудновського А. Ф. показав, що у випадку самонагрівання рослинної сировини для вивчення розвитку його температурного поля необхідно розв'язувати рівняння нестаціонарної теплопровідності з внутрішніми джерелами тепловиділення:

Де q - питома потужність термоджерел, Вт/м3; - оператор Лапласа.

Далі приведена статистика пожеж на підприємствах агропромислового комплексу (АПК) при зберіганні та переробці рослинної сировини. Аналіз пожеж за останні роки на підприємствах АПК, як по нашій країні, так і за кордоном свідчить про те, що їх кількість виросла перш за все з причини самозаймання.

Для вирішення проблеми підвищення пожежної безпеки підприємств по зберіганню та переробці рослинної сировини необхідно вдосконалити систему температурного контролю насипу рослинної сировини. Тому далі розглянуто основні принципи виявлення явища самозігрівання. Усі вони базуються на реєстрації параметрів ефектів, які породжуються цим явищем.

Виходячи з актуальності теми і проведеного аналізу по ній, у заключній частині формулюється мета й дається постановка задач дисертаційного дослідження. Другий розділ присвячено розробці математичних моделей при виникненні "квазістаціонарного" гніздового осередку самонагрівання рослинної сировини. Тобто осередок, який раптово виник в масиві сировини, має сталі у часі розмір та потужність термоджерел. Для визначення поля надлишкових температур в локалізованому сферичному осередку та його околиці на початковому етапі самонагрівання виділяємо в масиві сировини сферичну область з нульовою надлишковою температурою на її кордоні та осередком в її центральній частині. Розподіл надлишкової температури Т=Т(r, t) описується диференціальним рівнянням теплопровідності.

Тут - коефіцієнт температуропровідності сировини; - коефіцієнт теплопровідності сировини; , с - його щільність та питома теплоємність; r - відстань від центра осередку до розрахункової точки; t - час; q(r) - щільність термоджерел в осередку; (t) - функція Хевісайда.

Позначивши через R радіус зовнішньої сферичної поверхні, що містить осередок, розв'язок рівняння (1) будуємо при наступних початкових і граничних умовах

T(r,0)=0; T(R, t)=0

Розв'язок має вигляд

Конкретизуючи функцію q(r) спочатку розглянуто сталу щільність термоджерел в осередку

Тут r0 - радіус осередку самонагрівання.

Після прискорення збіжності рядів одержано

Розглянуті також інші випадки розподілу термоджерел в осередку. Це такі, як:

Лінійне

Параболічне

Косинусоїдальне

Експонентне( >0).

Аналізуючи розподіли (4) - (8) встановлено, що найвищий приріст температури дає варіант сталої щільності термоджерел (4).

Для того, щоб врахувати вплив стінок силосів на температурне поле (різні варіанти граничних умов на поверхні масиву) та місце розташування осередку в насипу, вивчено температурне поле тривимірного масиву при наявності в ньому сферичного осередку. Функція поля надлишкової температури Т=Т(x, y,z, t) у прямокутній системі координат xyz (рис. 1) визначається шляхом розв'язання рівняння теплопровідності

Рис.1

Границею області D є поверхня

Це сфера радіуса r0, центр якої має координати ( ).

Розміри масиву насипу рівні l1, l2, і l3, відповідно уздовж осей ох, оy, oz. Початок координат знаходиться в одному з кутів паралелепіпеда. Вісь oz спрямована вниз.

Розглянуто різноманітні варіанти граничних умов на гранях масиву та місце розташування осередку. Доведено, що найшвидший приріст температури має місце в центрі сферичного осередку, що стикається з трьома теплоізольованими гранями масиву. На основі числового експерименту встановлено, що при віддаленні краю осередку від торця масиву на відстань вплив граничних умов (теплообміну) на торцях насипу можна не враховувати та обчислення надлишкової температури в ньому з похибкою не більше 3 % вести за формулою (4).

Відсутність точної інформації про параметри внутрішніх термоджерел, а також даних про фактичні теплові втрати в навколишнє середовище, ускладнюють практичне використання точних рішень у задачі самонагрівання рослинної сировини. Тому запропоновано замість пошуку точного рішення робити двосторонні оцінки температурного режиму. При цьому нижня границя знаходиться в припущенні, що на граничних поверхнях відбувається ідеальний теплообмін насипу з навколишнім середовищем, а верхня оцінка приросту температури в сировині будується в припущенні ідеальної термоізоляції граничних поверхонь. Розглянуто гніздовий сферичний, гніздовий кубічний, стержньовий і пластовий осередки. При цьому об'єми всіх типів осередків були однакові, а, отже, однакові і сумарні потужності тепловиділення. Це дає підставу для порівняння пожежної небезпеки цих видів осередків по швидкості збільшення температури в його центрі.

Аналізуючи числові результати показано, що висновок про те, який осередок (гніздовий, стержньовий або пластовий) найбільш пожежонебезпечний на обраному проміжку часу, варто робити з урахуванням фактичної потужності термоджерела.

Розглянуто розподіл Т(r, t) в сировині при наявності декількох гніздових сферичних осередків. Встановлено, що при віддаленні одного осередку від іншого на відстань з похибкою не більше 3 %, вплив сусіднього осередку на надлишкову температуру, як у центрі, так і на краю осередку, можна не враховувати.

Проведено експериментальні дослідження процесу самонагрівання насипу рослинної сировини. Вони мали своєю метою перевірку правомірності використання рівняння теплопровідності зі сталими коефіцієнтами для моделювання температурного поля при самонагріванні рослинної сировини, а також адекватності пропонованих математичних моделей. Серія експериментів проводилася на розробленій в АЦЗ України на кафедрі "Прикладна механіка" експериментальній установці (рис. 2)

Рис.2

Результати досліджень представлені на рис. 3. Аналізуючи дані цих залежностей, спостерігається гарна відповідність розрахункових кривих експериментальним. Найбільше відхилення не перевершує 5,5 %.

Третій розділ присвячено "еволюційним" осередкам. Існуючі розв'язки нестаціонарних температурних задач гніздового самонагрівання рослинної сировини одержані в припущенні, що миттєво включене теплове джерело (осередок самонагрівання) залишається сталим, а, отже, і нескінченним у часі. Такий хід процесу не завжди підтверджується практикою. Дослідження показують, що тепловий осередок може змінювати свою активність у ході самонагрівання і вгасати по витіканню певного часу, що пов'язано зі згасанням діяльності мікрофлори. Тому було вивчено нестаціонарне температурне поле, зумовлене осередком кінцевої тривалості дії, тобто еволюційним осередком, в якому з часом змінюються його параметри (розмір, потужність термоджерел). Варіант коли функцією часу є потужність термоджерел названо осередком імпульсного типу. В якості теплового імпульсу задається вираз

Q(r, t) = q1(t) - ((r) - (r - r0)).

Тут q1(t) - деяка фінітна функція часу, що визначає щільність термоджерела.

Конкретно було розглянуто імпульси:

1. прямокутний q1(t) = q0 - ( (t) - (t - h)), 2. параболічний q1(t) = (4 - q0 / h2) - (h - t) - t - ( (t) - (t - h)), 3. синусоїдальний q1(t) = q0 - sin( t/h) - ( (t) - (t - h)),

Де q0 - постійна, що характеризує максимальну щільність джерел в осередку; h - тривалість дії (життя) теплового джерела.

Окремо розглянуто варіант, коли розміри еволюційного осередку збільшуються з часом, при цьому щільність термоджерел в осередку постійна і дорівнює q0, а радіус лінійно росте у часі

Де v - швидкість зростання радіуса осередку.

Третім варіантом еволюційного осередку був осередок, у якого з часом змінюються і розміри, і потужність термоджерел, названий осередком змінних параметрів. Розглянуто лінійний варіант, коли

, . (9)

Тут - тривалість еволюції осередку; q0, r0 - щільність термоджерел і радіус осередку, що встановлюються по витіканню часу t > .

Для порівняння з (9) розглянуто наступні варіанти зміни щільності термоджерел і радіуса осередку:

Порівняння значень надлишкових температур приводить до висновку, що при t урахування еволюції осередку істотно змінює швидкість зростання температури самонагрівання сировини. На етапі t істотним є як облік зміни розмірів, так і питомої потужності тепловиділення.

Теорія квазістаціонарного осередку дає значно завищені результати. При t >> урахування еволюції осередку слабо впливає на надлишкову температуру і її можна обчислювати по формулі (4).

Четвертий розділ присвячено ідентифікації та реконструкції температурного поля. Пропонується два методи ідентифікації. Перший - графічний (за допомогою номограм). Він дозволяє по двох вимірах температури в осередку в різні моменти часу за допомогою номограм (рис. 3 - рис. 4) знайти питому потужність тепловиділення і радіус осередку самонагрівання.

Рис. . Номограма для визначення радіуса осередку самонагрівання (трав'яне борошно)

Рис. 4. Номограма для визначення параметра гніздового осередку самонагрівання (трав'яне борошно)

Щоб знайти радіус осередку, заміряємо одне значення температури на 2 добу - , а інше на інтервалі t Є [3;10] та знаходимо відношення (t). За допомогою рис. 4 та методу лінійної інтерполяції обчислюємо значення радіуса осередку самонагрівання. Далі, знаючи r0, за допомогою рис. 5 визначаємо температурний параметр для. Відношення заміряної температури та параметру (10) дає значення питомої потужності тепловиділення в осередку

Q0 =

З математичної точки зору застосування номограм дозволяє наближено знайти корінь складного трансцендентного рівняння простими засобами.

Адекватність номограмного методу було перевірено за допомогою експериментальних даних із роботи *.

Виходячи із сепарабельності й монотонності номограм установлено, що зворотна задача теплопровідності по визначенню двох параметрів осередків номограмним методом має єдине рішення.

Другий метод ідентифікації - комп'ютерний, в основі якого лежить аналітичний розв'язок прямої задачі та алгоритм комп'ютерної ідентифікації (рис. 6).

Він базується на комп'ютерному виборі тих значень невідомих параметрів у дискретній множині, що задається, які забезпечують найменшу суму квадратів відхилень обчислених і заміряних температур. Передбачено послідовне уточнення результатів ідентифікації. Цей метод дозволяє вирішувати і перевизначені зворотні задачі, коли кількість заміряних значень температури, що вводиться в розрахунок, більша числа параметрів, які необхідно знайти. Окрім питомої потужності тепловиділення та радіуса осередка самонагрівання, цей метод дозволяє знайти час досягнення пожежонебезпечної температури та відстань від центру осередку до першої термопари, тобто місцезнаходження осередку в насипу рослинної сировини.

Вірогідність даного методу було перевірено за допомогою експериментальних результатів із роботи.

Запропоновано методику по визначенню пожежонебезпечного режиму в насипу рослинної сировини при виникненні еволюційного осередку. В основу методики покладено номограмний метод. Якщо розмір осередку лінійно росте в часі, то за допомогою номограм, знаходимо швидкість його росту. З метою спрощення розрахунку часу досягнення пожежонебезпечної температури побудовано спеціальні графіки для окремих видів сировини.

Для підвищення рівня протипожежного захисту підприємств АПК в якості рекомендації запропоновано принципіальну схему системи ліквідації осередків самонагрівання у силосах і бункерах силосного типу (рис. 7), яка грунтується на зниженні температури в осередку за рахунок подачі в нього інертного газу.

Рис. 6. Алгоритм проведення ідентифікації параметрів гніздового самонагрівання рослинної сировини

З метою підвищення рівня протипожежного захисту підприємств по збереженню і переробці рослинної сировини, а також своєчасної ліквідації можливих аварійних ситуацій за результатами проведених досліджень розроблено практичні рекомендації.

Висновки

У роботі одержано нові науково-обгрунтовані результати, які в сукупності забезпечують вирішення поставленої науково-практичної задачі по вдосконаленню системи температурного контролю та виявленню пожеженебезпечної ситуації при зберіганні рослинної сировини. При цьому:

1. Розроблено одновимірну математичну модель, що описує

Рис. 7. Принципова схема системи ліквідації осередків самонагрівання рослинної сировини: 1 - трубопровід; 2 - сигналізатор тиску; 3 - пусковий пристрій; 4 - балони з інертним газом.

Температурний режим гніздового самонагрівання сферичної області певного радіуса, тригонометричними рядами прискореної збіжності. Розглянуто вплив розподілу термоджерел у гніздовому осередку на надлишкову температуру.

2. Розроблено математичну модель гніздового самонагрівання тривимірного масиву насипу. Розглянуто різні варіанти граничних умов на гранях насипу. Доведено, що найшвидший приріст температури досягається в центрі сферичного осередку, що стикається з трьома теплоізольованими гранями масиву. Встановлено, що при віддаленні осередку від найближчого торця насипу на відстань з похибкою не більш 3 % вплив граничних умов (теплообміну) на торцях насипу можна не враховувати. 3. Запропоновано метод двосторонніх оцінок надлишкової температури при самонагріванні рослинної сировини, який не потребує задавання коефіцієнтів теплообміну масиву з навколишнім середовищем. Порівнюючи однаковопотужні пластовий, стержньовий та гніздовий осередки, показано, що найшвидший приріст температури на проміжку до 100 діб відбувається в центрі гніздового сферичного осередку. 4. Створено математичну модель гніздового самонагрівання рослинної сировини декількома осередками. Встановлено, що при віддаленні осередків один від одного на відстань з похибкою не більш 3 % вплив сусіднього термоджерела на прирости температури, як у центрі осередку, так і на його краї, можна не враховувати. 5. Проведено експериментальні дослідження розподілу температур у насипу рослинної сировини, які показали, що теоретичні залежності описують температурні процеси, що протікають у насипу рослинної сировини при її зберіганні, з відносною похибкою, яка не перевищує 5,5 %. Аналіз похибок свідчить про високу ступінь адекватності запропонованих математичних моделей осередків самонагрівання, а також підтверджує правомірність вибору рівняння теплопровідності зі сталими коефіцієнтами для моделювання температурного поля самонагрівання рослинної сировини. 6. Уперше розроблено математичні моделі гніздового самонагрівання рослинної сировини осередками еволюційного типу. Відзначено, що на початковому етапі самонагрівання квазістаціонарні моделі осередків дають завищені прирости температури. 7. Розроблено номограмний метод ідентифікації параметрів гніздового самонагрівання рослинної сировини. Адекватність його підтверджена експериментальними даними. Відносна розбіжність, як надлишкових температур, так і ідентифікованих параметрів склала не більш 6,7 %. Встановлено, виходячи із сепарабельності і монотонності номограм, що зворотна задача теплопровідності по визначенню двох параметрів осередку має єдиний розв'язок. 8. Створено комп'ютерний метод ідентифікації теплофізичних і геометричних параметрів гніздового осередку самонагрівання і прогнозування температурного росту в насипу рослинної сировини. Його адекватність підтверджена за допомогою експериментальних даних. Розбіжність теорії з експериментом склала не більш 6,3 %. 9. Розроблено методику визначення пожежонебезпечного режиму в насипу рослинної сировини при виникненні еволюційного осередку з радіусом, що збільшується у часі. 10. Розроблено принципіальну схему системи ліквідації осередків самонагрівання в силосах і бункерах силосного типу та запропоновано рекомендації з підвищення рівня протипожежного захисту об'єктів по збереженню та переробці рослинної сировини. 11. Розроблені методи ідентифікації параметрів осередків самонагрівання у виді номограм та комп'ютерної програми "Poshuk", а також рекомендації з підвищення протипожежного захисту об'єктів по збереженню і переробці рослинної сировини, впроваджені в технологічний процес ЗАТ "Запоріжжя-Млин" у Запорізькій області і дочірньому підприємстві державної акціонерної компанії "Хліб України" у Харківській області "Сахновщинский Елеватор". Методи ідентифікації параметрів осередків самонагрівання, методика по визначенню пожежонебезпечного режиму в насипу рослинної сировини, розроблені математичні моделі гніздових осередків і рекомендації з підвищення рівня протипожежного захисту об'єктів агропромислового комплексу використані в навчальному процесі АЦЗУ при вивченні дисципліни "Пожежна безпека промислових і сільськогосподарських виробництв".

Список опублікованих робіт

Самонагрівання температурний рослинний сировина

Ларин А. Н., Ольшанский В. П., Тригуб В. В. Задачи нестационарной теплопроводности при самонагревании сырья гнездовыми очагами. - Харьков: ХНАДУ, 2003. - 160 с.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В., Грушко А. И. Система ликвидации очагов самонагревания // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АЦЗУ. - Вып. 16. - Харьков: Фолио, 2004. - С. 169 - 173.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. Идентификация параметров локализованного очага при гнездовом самонагревании сырья // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 13. - Харьков: Фолио, 2003. - С. 149 - 155.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. К расчету температуры самонагревания насыпи гнездовым сферическим очагом с увеличивающимся радиусом // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 9. - Харьков: Фолио, 2001. - С. 147 - 150.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. К расчету температуры самонагревания растительного сырья гнездовым сферическим очагом // Новые решения в современных технологиях: Вестник ХГПУ. - Вып. 118. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 43 - 45.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. Нестационарное температурное поле трехмерного массива насыпи, порожденное сферическим очагом // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 12. - Харьков: Фолио, 2002. - С. 144 - 148.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. О влиянии распределений тепловых источников в очаге на температурное поле гнездового самонагревания сырья // Інтегровані технології та енергозбереження: Щоквартальний науково - практичний журнал. - № 3. - Харків: НТУ "ХПІ", 2001. - С. 42 - 49.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В. Температурное поле гнездового самонагревания сырья, порожденного очагом импульсного типа // Коммунальное хозяйство городов: Сб. науч. тр. - Вып. 27. - К.: Техника, 2001. - С. 302 - 306.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В., Фатьянова Н. Б. Температурное поле гнездового самонагревания сырья, порожденное сферическим очагом с увеличивающимся радиусом // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут": Зб. наук. пр. - Тематичний випуск: Автоматика та приладобудування. - № 4. - Харків: НТУ "ХПІ", 2001. - С. 203 - 206.

Тригуб В. В., Грушко А. И. Приближенная методика определения параметров гнездового самонагревания сырья, порожденное сферическим очагом с увеличивающимся радиусом // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 11. - Харьков: Фолио, 2002. - С. 206 - 208.

Тригуб В. В. Идентификация параметров гнездового очага при самонагревании растительного сырья // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 10. - Харьков: Фолио, 2001. - С. 187 - 190.

Тригуб В. В. Кулаков С. В. Температурное поле в зоне локализации нескольких гнездовых очагов // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АПБУ. - Вып. 14. - Харьков: Фолио, 2003. - С. 201 - 205.

Тригуб В. В. Кулаков С. В. Температурное поле гнездового очага переменных параметров // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АЦЗУ. - Вып. 15. - Харьков: Фолио, 2004. - С. 215 - 220.

Ольшанский В. П., Тригуб В. В., Фатьянова Н. Б. Температурное поле гнездового самонагревания сырья, порожденное сферическим очагом с увеличивающимся радиусом // Доповіді міжнародної науково-практичної конференції "Наука і соціальні проблеми суспільства: людина, техніка, технологія, довкілля. MicroCAD-2001". - Харків: НТУ("ХПІ"), 2001. - С. 15.

Тригуб В. В. Ликвидации чрезвычайных ситуаций в силосах и бункерах силосного типа на предприятиях агропромышленного комплекса // Матеріали науково-практичної конференції "Об'єднання теорії та практики - залог підвищення боєздатності пожежно-рятувальних підрозділів". - Харків: АЦЗУ, 2004. - С. 138 - 141.

Тригуб В. В. Автоматизация процесса определения нестационарных температурных полей гнездового самонагревания в зоне локализации нескольких очагов // Тези доповідей науково-технічної конференції "Шляхи автоматизації, інформатизації та комп'ютеризації діяльності МНС України". - Харків: АЦЗУ. - 2004. - С. 60 - 63.

Тригуб В. В. Идентификация параметров гнездового очага самонагревания растительного сырья // Тезисы научно-практического регионального семинара "Пожароопасность хранения растительного сырья". - Харьков: АПБУ. - 2003. - С. 27 - 29.

Тригуб В. В. Исследование температуры самонагревания сырья гнездовым сферическим очагом // Труды IV-й научно-практической конференции "Актуальные проблемы современной науки в исследованиях молодых ученых г. Харькова". - Часть 2. - Харьков: Национальный университет им. В. Н. Каразина, 2001. - С. 149 - 152.

Тригуб В. В. К вопросу о определении избыточной температуры, порожденной сферическим очагом самонагревания растительного сырья // Матеріали VI-ї науково-практичної конференції "Пожежна безпека - 2003". - Харків: АПБУ, 2003. - С. 38 - 40.

Тригуб В. В. Нестаціонарне температурне поле самонагрівання сировини гніздовим сферичним осередком з радіусом, що збільшується // Матеріали V-ї науково-практичної конференції "Пожежна безпека - 2001". - Львів: ЛПТУ, 2001. - С. 439 - 440.

Тригуб В. В. Нестационарное температурное поле трехмерного массива насыпи, порожденное сферическим очагом самонагревания растительного сырья // Материалы международной научно-практической конференции "Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях". - Санкт-Петербург, 2003. - С. 116 - 117.

Тригуб В. В. Определение параметров гнездового самонагревания сырья, порожденное сферическим очагом с увеличивающимся радиусом // Матеріали VI-ї науково-практичної конференції "Пожежна безпека - 2003". - Харків: АПБУ, 2003. - С. 41 - 43.

Тригуб В. В. Температурное поле гнездового самонагревания насыпи, порожденное очагом импульсного типа // Труды XVI-й научно-практической конференции "Крупные пожары: предупреждение и тушение". - Часть 1. - М., 2001. - С. 93 - 94.

Визначення пожежонебезпечного температурного режиму при розвитку гніздового самонагрівання рослинної сировини

Похожие статьи