Розробка моделі руху водного струменя після виходу з пожежного ствола

Автор(и)

  • Олексій Євгенович Басманов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6434-6575
  • Володимир Вікторович Олійник Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5193-1775
  • Олег Миколайович Землянський Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2728-6972
  • Олександр Анатолійович Дерев’янко Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-3602-2055
  • Дарина Ігорівна Карпова Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1692-3630

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.341606

Ключові слова:

двофазний струмінь, крапельна зона, пожежний ствол, ядро струменя

Анотація

Об'єктом дослідження є процес руху водного струменя в повітрі, а предметом дослідження – траєкторія руху і вектор швидкості крапель води у двофазному потоці «краплі-повітря». Вирішувалася проблема побудови моделі руху водного струменя в повітрі, яка б враховувала його руйнування і перетворення на потік крапель.

Побудовано модель руху водного струменя в полі сили тяжіння після виходу з пожежного ствола на ділянці існування ядра струменя. Експериментальним шляхом визначено коефіцієнт розширення струменя, величина якого склала 0,016. Побудовано оцінки радіуса струменя, швидкості крапель води і ефективного радіуса струменя захопленого повітря  на межі зони ядра і крапельної зони. Отримані величини є початковими умовами для моделі руху крапельної і газової фаз струменя в крапельній зоні. Моделювання руху крапель проводилося з використанням лагранжевого підходу, в рамках якого розглядалася динаміка руху окремих крапель, описана рівняннями руху в тривимірному просторі з урахуванням сил аеродинамічного опору та гравітації. Припускалося, що розподіл діаметру крапель підкоряється закону Розіна–Рамлера.

Побудовано модель руху газової фази струменя, яка спирається на рівняння балансу маси і імпульсу, а також враховує викривлення осі струменя внаслідок захоплення повітря краплями, що рухаються під дією сили тяжіння. Модель виходить із припущення про вісесиметричність струменя і гаусів розподіл швидкості в його поперечному перерізі. Особливістю моделі є взаємний вплив крапельної і газової фаз струменя на рух одна одної: краплі, втрачаючи імпульс внаслідок аеродинамічного опору, віддають його повітрю. Показано, що краплі меншого діаметру мають меншу дальність порівняно з краплями більшого діаметру. Внаслідок цього падіння води на землю відбувається не в певній точці, а в деякому діапазоні. Зокрема, для пожежного ствола діаметром 19 мм, кута подачі 35º до горизонту і напору води (40÷70) м ширина діапазону, в який потрапляє 90% води, склала (8,7÷11,0) м

Біографії авторів

Олексій Євгенович Басманов, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор, провідний науковий співробітник

Науково-випробувальний відділ дослідження систем протипожежного захисту та пожежогасіння

Науково-дослідний центр досліджень та випробувань

Інститут наукових досліджень з цивільного захисту

Володимир Вікторович Олійник, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, доцент, начальник кафедри

Кафедра автоматичних систем безпеки та електроустановок

Олег Миколайович Землянський, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор, заступник начальника кафедри

Кафедра автоматичних систем безпеки та електроустановок

Олександр Анатолійович Дерев’янко, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автоматичних систем безпеки та електроустановок

Дарина Ігорівна Карпова, Національний університет цивільного захисту України

Викладач

Кафедра інженерно-технічних заходів цивільного захисту

Посилання

  1. Rahman, F. S., Tannous, W. K., Avsar, G., Agho, K. E., Ghassempour, N., Harvey, L. A. (2023). Economic Costs of Residential Fires: A Systematic Review. Fire, 6 (10), 399. https://doi.org/10.3390/fire6100399
  2. Kawade, A. U., Kawade, P. A., Kaware, A. P., Kkulthe, A. A., Amune, A. C. (2022). Smart Fire Fighting Robot. World Journal of Advanced Engineering Technology and Sciences, 7 (2), 157–162. https://doi.org/10.30574/wjaets.2022.7.2.0137
  3. Abramov, Y., Basmanov, O., Krivtsova, V., Khyzhnyak, A. (2020). Estimating the influence of the wind exposure on the motion of an extinguishing substance. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 51–59. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001400
  4. Etzold, M., Deswal, A., Chen, L., Durst, F. (2018). Break-up length of liquid jets produced by short nozzles. International Journal of Multiphase Flow, 99, 397–407. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2017.11.006
  5. Fan, Q., Deng, Q., Liu, Q. (2024). Research and application on modeling and landing point prediction technology for water jet trajectory of fire trucks under large-scale scenarios. Scientific Reports, 14 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-024-72476-y
  6. Hou, X., Cao, Y., Mao, W., Wang, Z., Yuan, J. (2021). Models for Predicting the Jet Trajectory and Intensity Drop Point of Fire Monitors. Fluid Dynamics & Materials Processing, 17 (5), 859–869. https://doi.org/10.32604/fdmp.2021.015967
  7. Sallam, K. A., Dai, Z., Faeth, G. M. (2002). Liquid breakup at the surface of turbulent round liquid jets in still gases. International Journal of Multiphase Flow, 28 (3), 427–449. https://doi.org/10.1016/s0301-9322(01)00067-2
  8. Rezayat, S., Farshchi, M., Berrocal, E. (2021). High-speed imaging database of water jet disintegration Part II: Temporal analysis of the primary breakup. International Journal of Multiphase Flow, 145, 103807. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103807
  9. Liu, X., Wang, J., Li, B., Li, W. (2018). Experimental study on jet flow characteristics of fire water monitor. The Journal of Engineering, 2019 (13), 150–154. https://doi.org/10.1049/joe.2018.8950
  10. Trettel, B. (2020). Reevaluating the jet breakup regime diagram. Atomization and Sprays, 30 (7), 517–556. https://doi.org/10.1615/atomizspr.2020033171
  11. Trettel, B., Ezekoye, O. A. (2015). Theoretical Range and Trajectory of a Water Jet. Volume 7A: Fluids Engineering Systems and Technologies. https://doi.org/10.1115/imece2015-52103
  12. Zhu, J., Li, W., Lin, D., Zhao, G. (2018). Study on Water Jet Trajectory Model of Fire Monitor Based on Simulation and Experiment. Fire Technology, 55 (3), 773–787. https://doi.org/10.1007/s10694-018-0804-1
  13. Kooij, S., Sijs, R., Denn, M. M., Villermaux, E., Bonn, D. (2018). What Determines the Drop Size in Sprays? Physical Review X, 8 (3). https://doi.org/10.1103/physrevx.8.031019
  14. Privitera, S., Manetto, G., Pascuzzi, S., Pessina, D., Cerruto, E. (2023). Drop Size Measurement Techniques for Agricultural Sprays:A State-of-The-Art Review. Agronomy, 13 (3), 678. https://doi.org/10.3390/agronomy13030678
  15. Salyers B. E. (2010). Spray Characteristics From Fire Hose Nozzles. University of Maryland. Available at: https://drum.lib.umd.edu/items/bd81aff2-327f-4cfe-8047-58e5515c0396
  16. Valencia, A., Zheng, Y., Marshall, A. W. (2021). A Model for Predicting the Trajectory and Structure of Firefighting Hose Streams. Fire Technology, 58 (2), 793–815. https://doi.org/10.1007/s10694-021-01175-1
  17. Fan, X., Wang, J., Zhao, F., Li, J., Yang, T. (2018). Eulerian–Lagrangian method for liquid jet atomization in supersonic crossflow using statistical injection model. Advances in Mechanical Engineering, 10 (2). https://doi.org/10.1177/1687814018761295
  18. Semko, A., Rusanova, O., Kazak, O., Beskrovnaya, M., Vinogradov, S., Gricina, I. (2015). The use of pulsed high-speed liquid jet for putting out gas blow-out. The International Journal of Multiphysics, 9 (1), 9–20. https://doi.org/10.1260/1750-9548.9.1.9
  19. Zhang, C., Zhang, R., Dai, Z., He, B., Yao, Y. (2019). Prediction model for the water jet falling point in fire extinguishing based on a GA-BP neural network. PLOS ONE, 14 (9), e0221729. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221729
  20. Cheng, H., Zhu, J., Wang, S., Yan, K., Wang, H. (2024). A Study on Predicting the Deviation of Jet Trajectory Falling Point under the Influence of Random Wind. Sensors, 24 (11), 3463. https://doi.org/10.3390/s24113463
  21. Lin, Y., Ji, W., He, H., Chen, Y. (2021). Two-Stage Water Jet Landing Point Prediction Model for Intelligent Water Shooting Robot. Sensors, 21 (8), 2704. https://doi.org/10.3390/s21082704
  22. Vambol, S., Vambol, V., Abees Hmood Al-Khalidy, K. (2019). Experimental study of the effectiveness of water-air suspension to prevent an explosion. Journal of Physics: Conference Series, 1294 (7), 072009. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1294/7/072009
  23. EN 15182-2. Portable equipment for projecting extinguishing agents supplied by firefighting pumps – Hand-held branchpipes for fire service use. Part 2: Combination branchpipes PN 16. Available at: https://www.normsplash.com/FreeDownload/115458135/DIN-EN-15182-2-2019-en.PDF
  24. Abramov, Y. A., Basmanov, O. E., Salamov, J., Mikhayluk, A. A. (2018). Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 95–101. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-2/12
Розробка моделі руху водного струменя після виходу з пожежного ствола

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-28

Як цитувати

Басманов, О. Є., Олійник, В. В., Землянський, О. М., Дерев’янко, О. А., & Карпова, Д. І. (2025). Розробка моделі руху водного струменя після виходу з пожежного ствола. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(10 (137), 77–86. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.341606

Номер

Том 5 № 10 (137) (2025): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Oleksii Basmanov, Volodymyr Oliinyk, Oleh Zemlianskyi, Olexander Derevyanko, Daryna Karpova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.