авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Система оценки влияния эксплуатационных и теплофизических факторов на пожароопасные характеристики древесных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Тарасов Николай Иванович

СИСТЕМА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПОЖАРООПАСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.13.01 – системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2013

Работа выполнена в ФГБУ ВПО Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Алексеик Евгений Борисович
Официальные оппоненты: Минкин Денис Юрьевич, доктор технических наук, профессор, ФГБУ ВПО Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, профессор кафедры пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения
Агеев Павел Михайлович, кандидат технических наук, Санкт-Петербургский филиал ФГБУ Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны, начальник отдела пожарной безопасности метрополитенов и транспортных тоннелей
Ведущая организация ФГБУ ВПО Санкт-Петербургский Государственный Технологический институт (Технический университет)

Защита состоится 11 апреля 2013 г. в 14:00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д205.003.04 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России по адресу (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан «__» марта 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.04 В.В. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Древесина до настоящего времени остается одним из наиболее востребованных промышленностью материалов. Изделия из древесины широко используется в качестве строительных конструкций, сырья для производства индустриальных клееных композиционных материалов, бумаги и т.д. Высокая потребность в древесине предопределяет развитие лесодобывающей и деревообрабатывающей промышлености. Предприятия этих отраслей промышленности характеризуются наличием складов, площадок для хранения больших запасов древесины, имеющих высокую потенциальную пожарную опасность.

Несмотря на использование в строительстве промышленных зданий современных строительных материалов (бетона и металлоконструкций), традиционными для России остаются помещения из дерева. Особенно это характерно для складских помещений, бытовых, промышленных и производственных зданий, расположенных в сельской местности.





Срок службы конструкций из древесины при правильной их эксплуатации и своевременных текущих ремонтах может составлять 100 и более лет. Уникальными примерами длительной эксплуатации деревянных сооружений служат Преображенский храм на острове Кижи (1714 г.), Церковь Воскресения в г. Суздаль (1776 г.), Вознесенская кубоватая церковь в с. Кушерека, Онежского района (1669 г.), церковь Спаса в с. Фоминское, г. Кострома (XVIII в.) и многие другие.

Результаты проведенных исследований древесины свидетельствуют о влиянии различных физико-химических факторов на ее свойства. Наибольшие изменения древесина претерпевает вследствие сложных физико-химических превращений, приводящих к трансформации внутренней структуры древесины, а также изменению содержания основных химических составляющих древесного комплекса при воздействии различных факторов и условий эксплуатации.

Многочисленные работы в области древесиноведения были направлены на исследование генетических, биологических и географических признаков различных древесных популяций, влияния биотических и абиотических факторов на физико-химические и эксплуатационные показатели древесины. Эти работы стали традиционными в области древесиноведения. Наиболее значимые результаты научных исследований связаны с именами таких ученых как Никитин Н.И., Перелыгин Л.М., Никитин В.М., Уголев Б.Н., Полубояринов О.И., Серговский П.С., Леонович А.А., Покровская Е.Н., Пищик И.И. и других.

Химический состав древесины различных пород непостоянен и зависит от района и условий произрастания, возраста дерева, места отбора пробы и др. На компонентный состав древесины оказывают значительное влияние различные эколого-географические, климатические, а также некоторые факторы биологического характера.

Исследования влияния различных факторов на пожарно-технические характеристики древесины имеют ограниченный характер. Известно, что пожарная опасность древесины во многом зависит от ее влажности, объемной массы, химического состава, которые изменяются от условий и времени эксплуатации, а также от условий огневого воздействия (величина плотности внешнего радиационного теплового потока, пространственная ориентация образца, скорость нагрева, количество сторон обогрева и др.).

Вопросы, связанные с изучением влияния некоторых эксплуатационных факторов на пожароопасные свойства древесины и особенности ее горения пока не получили должного развития. В настоящее время расчет опасных факторов пожара ведется по усредненным значениям пожарной нагрузки для основных пород древесины. Не установлены показатели пожарной опасности и характеристики опасных факторов пожара для многих сортов древесины, использующихся в промышленности, а также для древесных материалов большого срока эксплуатации. Подобные исследования имеют большую актуальность и практическую значимость для обеспечения долговечности конструкций из древесины при проведении работ по реконструкции памятников деревянного зодчества. Как и насколько количественно изменяется пожарная опасность древесины различных пород с продолжительным возрастом эксплуатации остается неопределенным.

Научной задачей диссертационного исследования является разработка информационно-аналитической системы оценки влияния эксплуатационных и теплофизических факторов на формирование опасных факторов пожара при горении древесных материалов.

Цель работы – совершенствование системы прогнозирования опасных факторов пожара на промышленных предприятиях с учетом влияния эксплуатационных и теплофизических факторов на пожароопасные характеристики древесных материалов.

Объект исследования – модели описания и оценки опасных факторов пожара, формируемых при горении древесных конструкций.

Предмет исследования – эксплуатационные и теплофизические факторы, влияющие на пожароопасные свойства древесины.

Задачи исследования:

  1. Провести системный анализ пожароопасных свойств древесины на основе исследования кинетических закономерностей термической и термоокислительной деструкции различных пород древесины.
  2. В соответствии с предложенным комплексом аналитических методов, включающим методику искусственного старения древесины, получить регрессионные зависимости показателей пожарной опасности древесины от ее эксплуатационного возраста.
  3. Разработать расчетные оценки, позволяющие с помощью математических моделей исследовать процессы нарастания опасных факторов пожара при горении древесины с учетом воздействия на нее различных эксплуатационных и теплофизических факторов.

Методы исследования. Системный анализ, математическое и эмпирическое моделирование, статистические методы обработки экспериментальных результатов, метод искусственного старения древесины, термическая и термоокислительная деструкция (TGA/DSC), элементный анализ (CHNS), анализ химического состава целлюлозы и лигнина, регрессионный анализ.

Научная новизна.

  1. На основе анализа параметров состояния древесных материалов, используемых в промышленности, установлены закономерности термической и термоокислительной деструкции различных пород древесины, характеризующие ее пожарную опасность.
  2. Предложен комплекс аналитических методов, включающий методику искусственного старения древесины, с использованием которого установлены регрессионные зависимости показателей пожарной опасности древесины от ее породы и разновидности, продолжительности и условий ее эксплуатации.
  3. Разработаны расчетные оценки, позволяющие с помощью математических моделей исследовать процессы нарастания опасных факторов пожара при горении древесины с учетом воздействия на нее различных эксплуатационных и теплофизических факторов.

Практическая значимость работы.

Полученные массивы экспериментальных данных различных показателей пожарной опасности древесины в зависимости от ее разновидности, влажности, объемной массы, возраста, величины внешнего радиационного теплового потока, условий огневых испытаний и т.д. могут быть практически использованы при моделировании и оценке опасных факторов пожара при горении древесных материалов. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых высокоэффективных огнебиозащитных составов для древесины длительной эксплуатации.

Результаты работы могут быть использованы в экспертных органах МЧС России для повышения эффективности и достоверности оценки пожароопасных свойств древесных конструкций.

Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается комплексным характером исследований, данными лабораторных экспериментов, использованием как оригинальных, так и стандартных пожарно-технических и физико-химических методов, применением для обработки полученных данных современных методов математической статистики.

На защиту выносятся:

  1. Закономерности термической и термоокислительной деструкции различных пород древесины, характеризующие ее пожарную опасность.
  2. Регрессионные зависимости показателей пожарной опасности древесины в зависимости от факторов термического воздействия и срока эксплуатации древесных конструкций.
  3. Расчетные оценки, позволяющие с помощью математических моделей исследовать процессы нарастания опасных факторов пожара при горении древесины с учетом воздействия на нее различных эксплуатационных и теплофизических факторов.

Апробация работы. Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры криминалистики и инженерно-технических экспертиз Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, на научно-практических конференциях: XVII научно-технической конференции «Системы безопасности – СБ-2008» Международного форума информатизации 30 октября 2008 г., Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы образовательной и инновационной деятельности образовательных учреждений МЧС России. Опыт, Проблемы, перспективы», АГПС МЧС России, Москва, 4 декабря 2008 г.; III Межведомственной научно-практической конференции: «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации»; X международной конференции по химии и физикохимии олигомеров, Волгоград, 2009 г.; VI международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести», Вологда, 2011 г., VIII Международной научно-практическая конференции «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-Петербург, 16 - 18 октября 2012 г.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс кафедры криминалистики и инженерно-технических экспертиз Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.

Представленные в диссертационной работе результаты исследований нашли практическое применение на производственной базе научно-производственной фирмы ООО «СОФТ-КС» и ООО «ПлазСтрой».

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в 3 статьях из списка журналов рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 90 наименований. Материалы изложены на 171 страницах машинописного текста, включающего 20 таблиц и 39 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбора диссертационного исследования, определяются цели и задачи исследования, приведены методы исследования, анализируется степень её научной разработанности и отражены положения, выносимые на защиту, а также указаны сведения об апробации и реализации результатов диссертационного исследования.

В первой главе «Анализ влияния физико-химических особенностей состава и строения древесины на ее пожароопасные свойства» обосновывается необходимость создания системы оценки влияния эксплуатационных и теплофизических факторов на пожароопасные характеристики древесных материалов.

В работе предложена функциональная схема сбора и обработки информации о влиянии различных факторов на пожарную опасность древесины. Схема состоит из двух блоков. Блок сбора информации включает комплекс параметров исходного состояния системы, факторы внешнего воздействия и комплекс аналитических исследований.

Блок обработки и анализа информации состоит из комплекса пожарно-технических характеристик и формируемой на его основе системы опасных факторов пожара.

Исходное состояние системы формируется за счет эколого-географических и биологических факторов (рисунок 1). Важнейшими внешними факторами являются возраст древесных конструкций и температурное воздействие.

Химический состав древесины строительных конструкций, изготовленных из различных пород и с разной продолжительностью эксплуатации весьма разнообразен. Так, в древесных конструкциях длительного срока эксплуатации существенно снижается содержание легкогидролизуемых компонентов и экстрагируемых веществ. В меньшей степени уменьшается содержание целлюлозы.

В процессе пиролиза древесина проходит четыре стадии изменения. При этом начало разложения приходится на интервал температур 150-275 оС, а образование и испарение основного количества продуктов разложения древесины происходит в интервале 275-450 оС.

 Комплекс параметров исходного-0

Рисунок 1 - Комплекс параметров исходного состояния системы.

Во второй главе «Кинетические особенности пиролиза и термоокислительного разложения древесины» в соответствие с функциональной схемой сбора и обработки информации о влиянии различных факторов на пожарную опасность древесины (рисунок 2), предложен комплекс аналитических исследований (рисунок 3).

 Функциональная схема комплекса-1

Рисунок 2 - Функциональная схема комплекса сбора и обработки информации о влиянии различных факторов на пожарную опасность древесины.

В сочетании с методикой искусственного старения древесины, предложенная система аналитических методов позволяет устанавливать характерные закономерности термической и термоокислительной деструкции различных пород древесины в зависимости от эксплуатационных факторов и выявлять зависимости показателей пожарной опасности древесины от ее породы и разновидности, продолжительности и условий эксплуатации.

 Комплекс аналитических-2

Рисунок 3 - Комплекс аналитических исследований свойств древесных систем.

В работе исследуются результаты термического и термоокислительного разложения различных пород древесины. Приводятся кинетические кривые TGA/DSC.

 Результаты разложения (кривые-3

Рисунок 4 - Результаты разложения (кривые ДСК, ТГ, ДТГ соответственно) древесины различных пород (1 – дуб; 2 – береза; 3 – ель; 4 – сосна) в окислительной среде кислорода воздуха и скорости нагрева 20 С/мин.

По термоаналитическим (ТГ, ДТГ и ДСК) кривым вычислялись следующие характеристики кривых: температурные интервалы деструкции, потеря массы в температурных интервалах (%), температура максимума ДТГ (оС), скорость потери массы (%/мин), скорость окисления кокса (%/мин), тепловые эффекты деструкции (Дж/г)

В третьей главе «Исследование влияния эксплуатационного возраста древесины на ее пожароопасные свойства» рассмотрены результаты экспериментов по изучению пожароопасных характеристик древесины различного эксплуатационного возраста. Получены регрессионные зависимости пожароопасных свойств от критической плотности теплового потока.

 Зависимость коэффициента-4

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента дымообразования древесины сосны естественно и искусственно состаренной от величины плотности теплового потока, : 1 – сосна; 2 – сосна искусственно состаренная (100 – 150 лет); 3 – сосна (1784 г.), памятник деревянного зодчества; 4 – сосна, 1830 г. (Дом Толстых).

Получены регрессионные зависимости максимальной массовой плотности дыма древесины от плотности внешнего радиационного теплового потока, qe, имеющие вид квадратного полинома. Показатель Dmmax сначала растет с повышением интенсивности теплового воздействия до qe=20 кВт/м2, а затем уменьшается. Экстремум на кривых зависимости Dmmax=f(qe) обусловлен самовоспламенением образцов. Положение экстремума соответствует значению критической плотности теплового потока, ниже которого пламенный процесс горения древесины без инициирующего источника зажигания не реализуется (рисунок 5).

В работе получены регрессионные зависимости выхода монооксида углерода в режиме беспламенного горения (450 °С) и пламенного горения (500 С) во время испытаний древесины современной (1) и искусственно состаренной (2). Данные зависимости носят экспоненциальный характер (рисунок6). Как показывают результаты огневых испытаний, древесина искусственно состаренная имеют меньшие значения выхода монооксида углерода во время испытаний, чем древесина свежесрубленная.

 Зависимость показателя-5

Рисунок 6 - Зависимость показателя токсичности продуктов горения: 1 – сосна; 2 – сосна (1784 г.) памятник деревянного зодчества; 3 – сосна, 1830 г. (Дом Толстых); 4 – сосна искусственно состаренная (100 – 150 лет) от величины плотности теплового потока.

Зависимость изменения показателя токсичности продуктов горения древесины сосны от ее времени эксплуатации характеризуется наличием нисходящих и восходящих участков изменения показателя токсичности продуктов горения древесины в определенные периоды времени, например, 100-150 лет. В целом данная зависимость имеет вид квадратного полинома.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.