Анотація до роботи:

Кириченко О. В. Зниження пожежної небезпеки піротехнічних нітратовмісних виробів під час їх застосування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 21.06.02. – пожежна безпека. Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МНС України, Київ, 2008.

Робота присвячена розв’язанню науково-технічної задачі обґрунтування умов зниження пожежної небезпеки піротехнічних нітратовмісних виробів на основі ущільнених сумішей з порошків магнію та нітратів лужних та лужноземельних металів (ПНС) під час їх застосування, яке засноване на розроблених моделях і методах прогнозування критичних режимів зовнішніх термовпливів на металеві оболонки виробів, а також граничних, нестійких режимів горіння ПНС. Проведено теоретико-експериментальні дослідження термогазодинамічних процесів нагріву металевих оболонок виробів в стартових (без горіння ПНС) умовах застосування (підвищені швидкості надзвукового обдуву потоком повітря і вісесиметричного обертання) і визначено критичні режими застосування виробів, що призводять до їх руйнування і утворення високотемпературних металевих осколків. Розроблено моделі та методи розрахунку впливу технологічних чинників (співвідношення компонентів, їх дисперсності, природи окислювача) і зовнішніх умов (температури нагріву, зовнішнього тиску, надзвукового обдуву потоком повітря і вісесиметричного обертання) на основні характеристики (температуру і склад продуктів згоряння, швидкість і граничні режими горіння) процесу горіння ПНС, що дозволяють прогнозувати їх пожежонебезпечні властивості в штатних (при горінні ПНС) умовах застосування виробів. На базі розроблених математичних і експериментально-статистичних моделей, програмного забезпечення у вигляді чотирьох пакетів прикладних програм розроблені методичні рекомендації з обґрунтовування умов зниження пожежної небезпеки піротехнічних нітратовмісних виробів при їх застосуванні. Результати роботи знайшли практичне застосування при проектуванні і виготовленні піротехнічних виробів і спеціальних установок на промислових підприємствах України та за кордоном, а також при організації учбового процесу у ВНЗ України.

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково-технічної задачі обґрунтування умов зниження пожежної небезпеки піротехнічних нітратовмісних виробів під час їх застосування шляхом визначення параметрів зовнішніх впливів (підвищені температури нагріву, зовнішні тиски, надзвуковий обдув потоком повітря і вісесиметричне обертання) на критичні режими експлуатації таких виробів в стартових умовах, а також критичні режими горіння в умовах їх штатного застосування.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи :

1. За літературними джерелами проаналізовані теоретичні і експериментальні дослідження з впливу різних зовнішніх чинників на процеси горіння піротехнічних нітратовмісних систем і виявлено можливі шляхи зниження пожежної небезпеки, які полягають в визначенні параметрів зовнішніх впливів (підвищені температури нагріву, зовнішні тиски, надзвуковий обдув потоком повітря і вісесиметричне обертання) на критичні режими експлуатації виробів в стартових умовах, а також критичні режими в умовах штатного застосування виробів.

2. Розроблені і упроваджені в практику стендових випробувань нестаціонарні, нелінійні

математичні моделі термовпливів надзвукового потоку повітря на поверхню металевих оболонок виробів, які дозволяють розраховувати тепловий потік з прикордонного шару, температуру в зонах максимальної зовнішньої теплової дії і визначати критичні діапазони зміни їх параметрів (швидкості обдуву потоком повітря, часу дії і режиму обтікання (ламінарний, турбулентний)) з відносною похибкою 8...12 %, при яких спостерігається осередкове запалювання і вибухове горіння зразків ПНС з подальшим руйнуванням виробів і викидом в навколишнє середовище пожежонебезпечних фрагментів їх конструкцій.

3. Розроблені і упроваджені в практику проектування виробів квазістаціонарні, нелінійні математичні моделі і методи розрахунку основних характеристик різних режимів горіння ПНС, що дозволяють з відносною похибкою 10...15 % прогнозувати вплив технологічних параметрів (співвідношення компонентів, їх дисперсності і природи окислювача) і зовнішніх чинників (температури нагріву, зовнішнього тиску) на температуру і склад продуктів згоряння, швидкість стабільного розвитку горіння і його концентраційні межі, в області яких процес горіння стає нестійким (затухаючим або вибуховим).

4. Експериментальними випробуваннями встановлено, що при збільшенні швидкості обдуву потоком повітря кількість виробів, які руйнуються, збільшується і може досягати 80 % при V = 1,210³…1,510³ м/с; при цьому встановлено, що режим обтікання найбільш істотно впливає на місця розташування зон руйнування на поверхні металевих оболонок виробів: при ламінарному режимі обтікання руйнування виробів спостерігається тільки в околиці їх передніх критичних точок, а у разі турбулентного – зони руйнування знаходяться на відстанях (0,38…0,42)L (L – довжина вироба) від передніх критичних точок.

5. Отримані експериментальні дані по швидкості та концентраційним межам горіння ПНС в

умовах підвищених температур нагріву (Т₀ = 293…673 К) і зовнішніх тисків (Р = 10⁵…310⁷ Па), швидкостей обдуву потоком повітря (V = 0…1,510³ м/с) і кутових швидкостей вісесиметричного обертання (щ = 0…410³ рад/с) для широкого діапазону зміни коефіцієнта надлишку окислювача (0,09 б 2,61) і дисперсності компонентів (d_m = 74,5…305 мкм, d_N = 50…220 мкм); встановлено, що залежність u(б) незалежно від Т₀, Р, V та щ має екстремальний характер і змінюється від до максимального значення u_max та далі до ( < < u_max); при цьому зростання Т₀ та Р, V та щ призводить до зменшення б_ВПГ та (у 2…3 рази – для Т₀ та Р , у 1,5…2 рази для V та щ) та не впливає на б_НПГ.

6. На підставі дисертаційних досліджень розроблено і впроваджено на підприємствах та ВНЗ України (НДІВЦ пріоритетних технологій оптичної техніки (м. Київ), ДПНВК “Фотоприлад” (м. Черкаси), Черкаському державному заводі “Хімреактив”, а також на підприємстві ДУП МосНВО “Радон” (м. Москва, Росія) “Методичні рекомендації з обґрунтування умов зниження пожежної небезпеки піротехнічних нітратовмісних виробів під час їх застосування”. Результати роботи також знайшли практичне використання в Черкаській академії пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля і Черкаському державному технологічному університеті) в учбовому процесі під час лекцій, проведенні лабораторних та практичних занять, виконанні курсових та дипломних проектів .

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у таких роботах:

1. Ващенко В. А., Кириченко О. В., Лега Ю. Г., Заика П. И., Яценко И. В., Цыбулин В. В. Процессы горения металлизированных конденсированных систем. – К.: Наукова думка, 2008 – 745 с.

Особистий внесок дисертанта – проведення експериментальних досліджень і розробка математичних моделей граничних режимів горіння ПНС за різних зовнішніх умов.

2. Ващенко В. А., Котельников Д. И., Лега Ю. Г., Краснов Д. М., Яценко И. В., Кириченко О. В. Тепловые процессы при электронной обработке оптических материалов и эксплуатации изделий на их основе. – К.: Наукова думка, 2006. – 368 с.

Особистий внесок дисертанта – розроблені математичні моделі і ППП для проведення розрахунків на ПЕОМ класу IBM процесів аеродинамічного нагріву металевих оболонок виробів.

3. Кириченко О. В., Акиньшин В. Д., Цыбулин В. В., Яценко И. В., Ващенко В. А. Моделирование экстремальных термовоздействий на поверхность металлических оболочек изделий на основе пиротехнических нитратных систем в динамических условиях эксплуатации // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. – 2007. – № 3 (109) ч. 1. – С. 114 – 119.

Особистий внесок дисертанта – проведені експериментальні дослідження, розроблені математичні моделі екстремальних зовнішніх термовпливів на поверхню виробів на основі ПНС і визначені ділянки, де вони руйнуються в умовах аеродинамічного нагріву і вісесиметричного обертання.

4. Кириченко О. В., Заїка П. І., Цибулін В. В., Ващенко В. А. Пожежонебезпечні властивості піротехнічних нітратних систем в умовах надзвукового обдуву потоком повітря та вісесиметричного обертання // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – № 4. – С. 163 – 169.

Особистий внесок дисертанта – сформульовані рекомендації з пожежовибухобезпеки піротехнічних виробів на основі ПНС в стартових умовах застосування.

5. Кириченко О. В., Цыбулин В. В., Ващенко В. А., Заика П. И., Витько М. М. Методы термодинамического прогнозирования пожароопасных свойств металлизированных конденсированных систем // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – № 1. – С. 146 – 152.

Особистий внесок дисертанта – проведені розрахунки діапазонів зміни температури і складу продуктів згорання ПНС залежно від технологічних параметрів і зовнішніх умов.

6. Кириченко О. В., Цыбулин В. В., Ващенко В. А., Заика П. И. Устойчивость процесса горения металлизированных конденсированных систем в поле центробежных ускорений // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2005. – № 4. – С. 169 – 176.

Особистий внесок дисертанта – проведені експериментальні дослідження процесу горіння ПНС, його припинення або переходу у вибух в умовах вісесиметричного обертання і впливу на нього надзвукового обдуву потоком повітря і співвідношення компонентів.

7. Кириченко О. В., Цыбулин В. В., Ващенко В. А., Заика П. И., Яценко И. В. Теоретические основы процесса горения металлизированных конденсированных систем в широком диапазоне изменения угловых скоростей вращения // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2004. – № 1. – С. 102 – 108.

Особистий внесок дисертанта – сформульовані фізичні основи нестійкості процесу горіння ПНС в умовах підвищених кутових швидкостей вісесиметричного обертання для різних значень співвідношення компонентів.

8. Кириченко О. В., Цыбулин В. В., Ващенко В. А., Заика П. И., Яценко И. В. Теоретические исследования процесса горения металлизированных конденсированных систем в условиях встречного обдува потоком воздуха и осесимметричного вращения // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2003. – № 4. – С. 126 – 132.

Особистий внесок дисертанта – проведені експериментальні дослідження і фізично обґрунтовані залежності швидкості горіння ПНС від швидкості обдуву потоком повітря і вісесиметричного обертання для різних значень технологічних параметрів.

9. Заика П. И., Кириченко О. В., Ващенко В. А. Анализ математических моделей горения металлизированных конденсированных систем // Науковий вісник УкрНДІПБ. – 2003. – № 21 (8). – С. 34 – 40.

Особистий внесок дисертанта – проведений аналіз математичних моделей горіння конденсованих систем типу метал + окислювач, який починає плавитися і розкладатися в межах конденсованої фази.

10. Ващенко В. А., Лега Ю. Г., Яценко И. В., Кириченко О. В., Краснов Д. М., Веретельник Т. И. Нагрев поверхности пластины при продольном сверхзвуковом обдуве потоком воздуха // Вісник Сумського державного університету. Серія “Технічні науки”. – 2003. – 312 (58). – С. 143 – 153.

Особистий внесок дисертанта – розроблені моделі для розрахунку теплового потоку з прикордонного шару в металеву оболонку виробу.

11. Яценко И. В., Краснов Д. М., Ващенко В. А., Кириченко О. В. Математическое моделирование термоупругих напряжений при нагреве оптических планарных изделий ИК-техники сверхзвуковым потоком воздуха // Вісник Черкаського державного технологічного університету, 2003. – № 4. – С. 98 – 105.

Особистий внесок дисертанта – розроблені математичні моделі і проведені розрахунки розподілів температури по товщині металевих оболонок виробів ІЧ-техніки.

12. Яценко И. В., Краснов Д. М., Ващенко В. А., Кириченко О. В. Математическое моделирование термоупругих напряжений при нагреве оптических полусферических изделий инфракрасных приборов // Вісник Черкаського державного технологічного університету, 2004, № 1, С. 80 – 86.

Особистий внесок дисертанта – розроблені математичні моделі і проведені розрахунки розподілів температури по товщині металевих обтічників виробів інфрачервоних приладів.

13. Кириченко О. В., Цыбулин В. В., Ващенко В. А., Заика П. И. Пожароопасные свойства пиротехнических нитратных систем // Збірник наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції “Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин”. – Черкаси: Черкаський державний технологічний університет. – 2004. – С. 73 – 74.

Особистий внесок дисертанта – сформульовані рекомендації по пожежовибухобезпеці піротехнічних виробів на основі ПНС в штатних умовах застосування.

14. Ващенко В. А., Вітько М. М., Кириченко О. В., Цибулін В. В. Температура і склад продуктів горіння системи алюміній + нітрат натрію // Збірник наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції “Пожежна та техногенна безпека”. – Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля, 2005. – С. 222 – 223.

Особистий внесок дисертанта – проведений аналіз впливу зовнішнього тиску і співвідношення компонентів на температуру і склад продуктів згорання піротехнічних систем типу метал + окислювач.

15. Заика П. И., Кириченко О. В., Ващенко В. А., Акиньшин В. Д. Математическое моделирование горения нитратно-магниевых конденсированных систем // Збірник наукових праць VIII Міжнародної науково-практичної конференції “Пожежна безпека – 2007”. – Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля, 2007. – С. 245 – 247.

Особистий внесок дисертанта – розроблена математична модель горіння подвійних ущільнених сумішей з порошків магнію та нітратів лужних та лужноземельних металів.