Розробка захисної маски пожежника з тонким шаром води

Автор(и)

  • Анатолій Григорович Виноградов Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького, Україна https://orcid.org/0000-0003-2104-307X
  • Денис Валерійович Колесніков Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-4068-3454
  • Сергій Васильович Стась Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6139-6278
  • Костянтин Іванович Мигаленко Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7125-8442

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.353021

Ключові слова:

захисний одяг пожежника, екранування теплового випромінювання, оглядовий ілюмінатор, прошарок води

Анотація

Об’єктом дослідження є захисна маска пожежника з оглядовим ілюмінатором, в якому в якості оптичного фільтра використовується тонкий шар води. Маска вказаної конструкції покликана вирішити проблему захисту обличчя пожежника від інтенсивного теплового випромінювання в зоні пожежі. Ілюмінатор маски представляє собою дві паралельні прозорі пластини із проміжком між ними, через який неперервно протікає вода. В ілюмінаторі використовуються унікальні оптичні властивості води, яка є прозорою у видимій ділянці спектру і непрозорою в інфрачервоній ділянці, характерній для випромінювання пожеж. Крім функції ослаблення променистого теплового потоку, вода виконує також функцію охолодження захисної маски. В роботі виконано теоретичний аналіз фізичних процесів, отримано розрахункові формули, виконано оцінкові розрахунки конструктивних і експлуатаційних параметрів захисної маски для типових умов роботи в зоні пожежі. Зокрема, визначено методику розрахунку витрати води, зміну її температури, ослаблення променистого теплового потоку  при заданих умовах в зоні пожежі. Наприклад, для інтенсивності теплового потоку 25 кВт/м2, ефективної температури осередку пожежі 1200 K і товщини шару води в ілюмінаторі  1 мм отримано ослаблення теплового потоку в 15 разів. При цих умовах граничний час роботи в зоні пожежі досягає 12 хвилин, що втричі перевищує аналогічний параметр для існуючих зразків тепловідбивних костюмів. Ці параметри свідчать про можливість суттєвого вдосконалення захисних масок пожежників. За умови експериментального підтвердження результати роботи можуть знайти практичне застосування у конструкторських установах, що займаються розробкою захисного протипожежного спорядження

Біографії авторів

Анатолій Григорович Виноградов, Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра фізики

Денис Валерійович Колесніков, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра державного нагляду у сфері пожежної та техногенної безпеки

Сергій Васильович Стась, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент, професор

Кафедра техніки та засобів цивільного захисту

Костянтин Іванович Мигаленко, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра підвищення кваліфікації та спеціалізованої підготовки у сфері цивільного захисту

Посилання

  1. Chan Kim, S., Lee, K. Y., Hamins, A. (2019). Energy balance in medium-scale methanol, ethanol, and acetone pool fires. Fire Safety Journal, 107, 44–53. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2019.01.004
  2. Filkov, A. I., Tihay-Felicelli, V., Masoudvaziri, N., Rush, D., Valencia, A., Wang, Y. et al. (2023). A review of thermal exposure and fire spread mechanisms in large outdoor fires and the built environment. Fire Safety Journal, 140, 103871. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103871
  3. Penney, G., Richardson, S. (2019). Modelling of the Radiant Heat Flux and Rate of Spread of Wildfire within the Urban Environment. Fire, 2 (1), 4. https://doi.org/10.3390/fire2010004
  4. Wang, W., Tao, G., Zhang, L. (2024). Comparative and analysis study of pool fire radiant heat models under different view factor calculations. Emergency Management Science and Technology, 4 (1). https://doi.org/10.48130/emst-0024-0005
  5. Zhao, J., Hu, Z., Li, X., Ji, J., Yang, R., Zhang, J., Zhong, Y. (2024). Experimental Study and CFD Modelling of Down-Reaching Flame Behaviors of Tank Fires with Large Ullage Heights. Fire Technology, 60 (5), 3243–3268. https://doi.org/10.1007/s10694-024-01575-z
  6. Huang, X., Yu, Z., Zhan, Z. (2023). An Experimental Study of Pool Fire Characteristics under the Effects of Cross Winds and Baffles. Fire, 7 (1), 4. https://doi.org/10.3390/fire7010004
  7. Cavazzuti, M., Tartarini, P. (2024). Pool Fires Within a Large Under-Ventilated Environment: Experimental Analysis and Numerical Simulation Using OpenFOAM. Fire Technology, 60 (3), 1891–1915. https://doi.org/10.1007/s10694-024-01554-4
  8. Mazumder, S., Roy, S. P. (2023). Modeling Thermal Radiation in Combustion Environments: Progress and Challenges. Energies, 16 (10), 4250. https://doi.org/10.3390/en16104250
  9. Drean, V., Girardin, B., Guillaume, B., Chiva, R., Colombiano, J., Rengel, B. et al. (2024). Large scale pool fire with a fully engulfed tank - Experimental data and numerical validation of the flame height and flame behaviour around the tank. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 91, 105360. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2024.105360
  10. Liu, C., Yin, Z., Jangi, M., Zhu, X., Liu, Y., Zhang, R. et al. (2025). Experimental study on radiative heat flux from annular pool fires under the cross airflow. Applied Thermal Engineering, 260, 124947. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124947
  11. Raj, P. K. (2006). Spectrum of fires in an LNG facility. Washington. Available at: https://primis.phmsa.dot.gov/rd/FileGet/3133/FINAL_Tech_Report_-_Phase_1.pdf
  12. Howell, J. R., Mengüç, M. P., Daun, K. J. (2023). Thermal radiation: An introduction. CRC Press. Available at: https://www.routledge.com/Thermal-Radiation-An-Introduction/Howell-Menguc-Daun/p/book/9781032015316
  13. Modest, M. F., Mazumder, S. (2021). Radiative heat transfer. Academic Press. https://doi.org/10.1016/c2018-0-03206-5
  14. Rajput, B., Kumar, T., Ray, B., Das, A., Talukdar, P. (2023). Experimental Study of the Effect of Different Air Gap Orientations on Performance of Fire Protective Clothing. Heat Transfer Engineering, 45 (1), 69–80. https://doi.org/10.1080/01457632.2023.2171815
  15. Kumar, V., Bhanja, D., Acharya, J. (2024). Performance assessment of firefighter protective clothing under different thermal environments: Impact of the variation of thickness in inter-layer airgap and microclimate. International Journal of Thermal Sciences, 205, 109293. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2024.109293
  16. Acharya, J., Bhanja, D., Misra, R. D. (2023). Prediction of safe zone for firefighters exposed to purely radiant heat source-a numerical analysis. International Journal of Thermal Sciences, 190, 108302. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2023.108302
  17. Vynogradov, A. (2012). Absorption of the radiant heat flux in the sprayed water jet. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut», seriya Mashynobuduvannia, 65, 145–152. Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/3141
  18. Hale, G. M., Querry, M. R. (1973). Optical Constants of Water in the 200-nm to 200-μm Wavelength Region. Applied Optics, 12 (3), 555. https://doi.org/10.1364/ao.12.000555
  19. Segelstein, D. (1981). The complex refractive index of water. University of Missouri, Kansas City. Available at: https://mospace.umsystem.edu/server/api/core/bitstreams/b08bebbd-616c-4f75-8f9a-d43ff7185b55/content
  20. Vynogradov, A. G., Yakhno, O. M. (2015). Raschet parametrov protyvopozharnykh strui raspylennoi vody. Prykladna hidromekhanika, 17 (4), 3–13. Available at: https://nasplib.isofts.kiev.ua/server/api/core/bitstreams/4fa56dfc-2387-48de-ae73-2e52a9d19e81/content
  21. Vynogradov, A., Yakhno, O. (2016). Equivalent diameter of droplets of sprayed water jets and its dependence on technical parameters. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut», seriya Mashynobuduvannia, 1 (76), 39–45. Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/19570
  22. Vynogradov, A. G. (2019). Calculation of Design Parameters of Fire-Fighting Water Curtains. Mechanics and Advanced Technologies, 87 (3). https://doi.org/10.20535/2521-1943.2019.87.183307
  23. Bass, M., Van Stryland, E. W., Williams, D. R., Wolfe, W. L. (Eds.) (1995). Handbook of optics, Volume I: Fundamentals, techniques, and design. McGraw-Hill. Available at: https://cdn.preterhuman.net/texts/science_and_technology/physics/Optics/Handbook%20of%20optics%20second%20edition%20Vol%201%20-%20%20-%20Bass%20M.pdf
  24. Habibi, P. (2025). A review of helmets for personal thermal management. Energy and Buildings, 347, 116270. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.116270
  25. Collin, A., Acem, Z., Suzanne, M., Testa, F., Baulin, G. (2025). Radiative properties of firefighter helmets: Effect of color and soot deposition on thermal performance. Fire Safety Journal, 155, 104405. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2025.104405
Розробка захисної маски пожежника з тонким шаром води

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-27

Як цитувати

Виноградов, А. Г., Колесніков, Д. В., Стась, С. В., & Мигаленко, К. І. (2026). Розробка захисної маски пожежника з тонким шаром води. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(10 (139), 49–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.353021

Номер

Том 1 № 10 (139) (2026): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Anatolii Vynogradov, Denis Kolesnikov, Serhiy Stas, Kostiantyn Myhalenko

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.