vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2023-68-4-331-343vestift-821Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERОценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образованияThe effectiveness of mechanisms of heterogeneous and homogeneous inhibition of flame particles taking by extinguishing powder particles, into account the rate of their formationКицакА. И.KitsakA. I.

Кицак Анатолий Ильич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела исследований автоматических средств обнаружения и ликвидации чрезвычайных ситуаций НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь.

Ул. Солтыса, 183а, 220046, Минск

Аnatoli I. Kitsak – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Research Department of Automatic Means of Detection and Elimination of Emergencies at Research Institute of Fire Safety and Emergency Situations of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus.

183а, Soltys Str., 220046, Minsk

kitsak48@mail.ruНИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики БеларусьResearch Institute of Fire Safety and Emergencies of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of Belarus202308012024684331343Copyright © Кицак А.И., 20242024Кицак А.И.Kitsak A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/821

Для совершенствования технологии тушения пожара огнетушащим порошком проведен анализ механизмов тушения пожара данным веществом, основанных на физико-химических процессах прерывания цепных реакций горения. Выполнена оценка эффективности механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования, а также сопоставление их вкладов в результат тушения пожара. Проведено математическое моделирование механизмов гетерогенного и гомогенного ингибирования частицами огнетушащего порошка активных частиц пламени с учетом скорости их образования. Получены теоретические зависимости скоростей реакций гетерогенного и гомогенного ингибирования активных частиц пламени от дисперсных характеристик частиц порошка, времени пребывания их в зоне горения и характерных длительностей реакций. Установлено, что условием эффективного восстановления активных частиц пламени рассматриваемыми механизмами является превышение времени взаимодействия частиц порошка с активными частицами пламени над длительностями реакций ингибирования, а также превышение скоростей данных реакций скорости их образования. Скорость восстановления активных частиц пламени зависит от размеров частиц огнетушащего порошка: чем меньше размер частиц порошка, тем больше скорость восстановления. Такая зависимость наблюдается в явном виде для механизма гетерогенного ингибирования активных частиц пламени и в неявном виде для механизма гомогенного ингибирования через зависимость скорости термообразования радикалов оксидов металлов огнетушащего порошка, участвующих в данном процессе, от размеров частиц порошка. Наличие двух стадий в реализации механизма гомогенного ингибирования активных частиц пламени (термообразования радикалов оксидов металлов применяемых порошковых веществ и собственно самого процесса ингибирования) позволяет считать данный механизм восстановления активных частиц более длительным, чем механизм гетерогенного ингибирования, а следовательно, не вносящим существенного вклада в химический процесс тушения пожара. Результаты работы могут быть применены при разработке составов огнетушащих порошков, а также в пожаротушении для выбора оптимальной скорости подачи огнетушащего порошка в очаг пожара.

The relevance of the work is due to the need to improve the technology of extinguishing fire with extinguishing powders based on the study of the laws of the physicochemical processes of interrupting chain combustion reactions, in particular, heterogeneous and homogeneous mechanisms of inhibition of active flame centers by powder particles. The aim of the work is to evaluate the effectiveness of non-stationary mechanisms of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles by fire extinguishing powder particles taking into account the rate of their birth, as well as to compare the contributions of each of the mechanisms to the result of fire extinguishing. Mathematical modeling of the mechanisms of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles by fire extinguishing powder particles is carried out, taking into account the rate of birth of active particles of in flame. The theoretical dependences of the rates of reactions of heterogeneous and homogeneous inhibition of active flame particles on the dispersed characteristics of powder particles, their residence time in the zone of flame and the characteristic durations of inhibition reactions are obtained. It is established that the condition for the effective recovery inhibition of active particles of flame by the mechanisms under consideration is exceeding the time of interaction of powder particles with active flame particles over the duration of inhibition processes, as well as an excess of the rate of inhibition of active flame particles over the rate of their birth. The rate of inhibition of active particles of flame depends on the particle size of the extinguishing powder, namely, the smaller the particle size of the powder, the greater the rate of inhibition. This dependence is observed explicitly for the mechanism of heterogeneous inhibition of active particles of flame and implicitly for the mechanism of homogeneous inhibition through the dependence of the rate of thermal production of metal oxide radicals of the extinguishing powder involved in this process on the size of the powder particles. The presence of two stages in the implementation of the mechanism of homogeneous inhibition of active flame particles (thermal production of metal oxide radicals of the powder substances used and the inhibition process itself) allows us to consider this mechanism of extraction of active particles longer than the mechanism of heterogeneous reduction, and, therefore, it does not significantly contribute to the chemical process of extinguishing a fire.

огнетушащий порошокактивные центры пламенигетерогенное ингибирование пламенигомогенное ингибированиескорость генерации активных частиц пламениextinguishing powderactive particles of flameheterogeneous inhibitionhomogeneous inhibitioninhibition timethe speed of birth active particles of flameReferencesКраснянский, М. Е. Порошковая пожаровзрывозащита / М. Е. Краснянский. – Донецк: О-во книголюбов, 1994. – 152 c.Krasnyanskii M. E. Powder Fire and Explosion Protection. Doneck, Society of Book Lovers, 1994. 152 p. (in Russian).Анцупов, Е. В. Оценка вклада в ингибирование пламени гомогенного и гетерогенного механизма / Е. В. Анцупов // Горение и плазмохимия. – 2012. – Т. 10, № 4. – С. 262–267.Antsupov E. V. Assessment of the contribution of homogeneous and heterogeneous mechanism to flame inhibition. Gorenie i plazmokhimiya = Combustion and Plasmochemistry, 2012, vol. 10, no. 4, pp. 262–267 (in Russian).Губин, Е. И. Ингибирование газовых пламен порошковыми составами / Е. И. Губин, И. Г. Дик, А. Ю. Крайнов // Физика горения и взрыва. – 1989. – Т. 25, № 2. – С. 57–62.Gubin E. I., Dik I. G., Krainov A. Yu. Inhibition of gas flames by powder formulations. Fizika goreniya i vzryva = Physics of Combustion and Explosion, 1989, vol. 25, no. 2, pp. 57–62 (in Russian).Крайнов, А. Ю. О пределах распространении пламени по запыленному газу / А. Ю. Крайнов, В. А. Шаурман // Физика горения и взрыва. – 1997. – Т. 33, № 4. – С. 14–20.Krainov A. Yu., Shaurman V. A. On the extent of flame propagation through dusty gas. Fizika goreniya i vzryva = Physics of Combustion and Explosion, 1997, vol. 33, no. 4, pp. 14–20 (in Russian).Dexu, D. Experimental study on fire extinguishing properties of compound superfine powder / D. Dexu, P. Xuhai, H.Min // Procedia Eng. – 2018. – Vol. 211. – P. 142–148. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.12.126Dexu D., Xuhai P., Min H. Experimental study on fire extinguishing properties of compound superfine powder. Procedia Engineering, 2018, vol. 211, pp. 142–148. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.12.126Fire-extinguishing efficiency of superfine powders under different injection pressures / Z. Guomin [et al.] // Int. J. Chem. Eng. – 2019. – № 4. – P. 1–7. https://doi.org/10.1155/2019/2474370Guomin Z., Guangji X., Shuang J., Qingsong Z., Zhongxian L. Fire-extinguishing efficiency of superfine powders under different injection pressures. International Journal of Chemical Engineering, 2019, no. 4, pp. 1–7. https://doi.org/10.1155/2019/2474370Huang, X. Experimental study on fire-extinguishing performance of ammonium phosphate subnanometer powder / X. Huang, L. Liu, X. Zhou // Fire Saf. Sci. – 2011. – Vol. 20, № 4. – P. 200–205.Huang X., Liu L., Zhou X. Experimental study on fire-extinguishing performance of ammonium phosphate subnanometer powder. Fire Safety Science, 2011, vol. 20, no. 4, pp. 200–205.The assessment of fire suppression capability for the ammonium dihydrogen phosphate dry powder of commercial fire extinguishers / S. Chung-Hwei [et al.] // Procedia Eng. – 2014. – Vol. 84. – P. 485–490. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.459Chung-Hwei S., Chan-Cheng C., Horng-Jang L., Shiuan-Cheng W. The assessment of fire suppression capability for the ammonium dihydrogen phosphate dry powder of commercial fire extinguishers. Procedia Engineering, 2014, vol. 84, pp. 485–490. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.459Study on the relationship between the particle size distribution and the effectiveness of the K–powder fire extinguishing agent / Y. Ye [et al.] // Fire and Materials. – 2018. – Vol. 42. – P. 336–344. https://doi.org/10.1002/fam.2500Ye Y., Zhivue H., Lingshuang Z., Zhiming D., Xiaomin C. Study on the relationship between the particle size distribution and the effectiveness of the K–powder fire extinguishing agent. Fire and Materials, 2018, vol. 42, no. 3, pp. 336–344. https://doi.org/10.1002/fam.2500Experimental Study on the Optimum Concentration of Ferrocene in Composite Ultrafine Dry Powder / Hangchen Li [et al.] // Fire Technology. – 2020. – Vol. 56. – P. 913–936. https://doi.org/10.1007/s10694-019-00912-xLi H., Du D., Guo X., Hua M., Pan X. Experimental Study on the Optimum Concentration of Ferrocene in Composite Ultrafine Dry Powder. Fire Technology, 2020, vol. 56, pp. 913–936. https://doi.org/10.1007/s10694-019-00912-xGurchumelia, L. Thermal Inhibition of Flame Propagation / L. Gurchumelia, G. Bezarashvili, R. Tsanava // Bull. Georg. Natl. Acad. Sci. Physical Chemistry. – 2019. – Vol. 13, № 3. – P. 50–53.Gurchumelia L., Bezarashvili G., Tsanava R. Thermal Inhibition of Flame Propagation. Bulletin of the Georgian National Academy of Sciences, 2019, vol. 13, no. 3, pp. 50–53.Ye Y. A novel hot aerosol extinguishing agent with high efficiency for Class B fires / Y. Ye, D. Zhiming, H. Zhivue // Fire and Materials. – 2019. – Vol. 43. – P. 84–91. https://doi.org/10.1002/fam.2671Ye Y., Zhiming D., Zhivue H. A novel hot aerosol extinguishing agent with high efficiency for Class B fires. Fire and Materials, 2019, vol. 43, no. 1, pp. 84–91. https://doi.org/10.1002/fam.2671Баратов, А. Н. Горение – Пожар – Взрыв – Безопасность / А. Н. Баратов. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 364 с.Baratov A. N. Combustion – Fire – Explosion – Safety. Mosсow, All-Russian Research Institute of Fire Defense of the Ministry of Emergency Situations of Russia, 2003. 364 p. (in Russian).Пожаротушение в наноразмерах / А. В. Казаков [и др.] // Материалы ХХХIV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности». – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2022. – С. 206–211.Kozakov A. B., Popov A. B., Khatuntseva C. Yu., Bukhtoyarov D. V. Fire fighting in nanoscale. Materialy 34 mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii “Aktualnie problemy pozharnoi bezopasnosti” [Proceedings of the 34th International Scientific and Practical Conference “Actual Problems of Fire Safety”]. Moscow, All-Russian Research Institute of Fire Defense of the Ministry of Emergency Situations of Russia, 2022, pp. 206–211 (in Russian).Кицак, А. И. Эффективность тушения пожара огнетушащим порошком общего назначения при нестационарном взаимодействии его частиц с горящим веществом / А. И. Кицак // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2020. – Т. 65, № 4. – С. 476–486. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-4-476-486Kitsak А. I. Efficiency of fire extinguishing with general purpose fire extinguishing powder in case of non-stationary interaction of its particles with burning material. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2020, vol. 65, no. 4, pp. 476–486 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-4-476-486Гершензон, Ю. М. Реакции гибели активных частиц на стенке в струевых условиях / Ю. М. Гершензон [и др.] // Доклады Акад. наук СССР. Физ. химия. – 1972. – Т. 205, № 4. – С. 871–874.Gershenzon Yu. M., Rozenshtein A. H., Spasskii A. N., Kogan A. N. Reactions of death of active particles on the wall under jet conditions. Doklady Akademii nauk SSSR. Fizicheskaya khimiya = Reports of the USSR Academy of Sciences. Physical Chemistry, 1972, vol. 205, no. 4, pp. 871–874 (in Russian).Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. – М.: Высш. шк., 1967. – 592 с.Luikov A. V. Theory of Thermal Conductivity. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1967. 592 p. (in Russian).Семенов, Н. Н. Цепные реакции / Н. Н. Семенов. – М.: Наука, 1986. – 535 с.Semenov H. H. Chain Reactions. Moscow, Nauka Publ., 1986. 535 p. (in Russian).Франк-Каменецкий, Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д. А. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1987. – 502 с.Frank-Kamenetskii D. A. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. New Jersey: Princeton University Press, 1955. ix, 364 p. https://doi.org/10.1515/9781400877195Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. – 753 с.Kasatkin A. G. Basic Processes and Devices of Chemical Technology. Moscow, LLC Trading and Publishing House “Alliance”, 2004. 753 p. (in Russian).Гомогенные реакции первого порядка в условиях ламинарного течения / Ю. М. Гершензон [и др.] // Доклады Акад. наук СССР. Физ. химия. – 1972. – Т. 205, № 3. – С. 624–627.Gershenzon Yu. M., Rozenshtein A. H., Spasskii A. N., Kogan A. N. Homogeneous first-order reactions under laminar flow conditions. Doklady Akademii nauk SSSR. Fizicheskaya khimiya = Reports of the USSR Academy of Sciences. Physical Chemistry, 1972, vol. 205, no. 3, pp. 624–627 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.