РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ СОГЛАСОВАННОСТИ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, ЗАЩИЩАЮЩЕЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Смирнова О.А.
к.т.н., доц. кафедры «Моделирование, конструирование и дизайн» ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
Разработка принципов согласованности свойств средств индивидуальной защиты, защищающей от воздействия высокой температуры
Аннотация
Во время проведения боевых действий по тушению пожаров, защиту организма человека осуществляет комплект средств индивидуальной защиты. Исследование защитных свойств спецодежды и спецобуви в области их совмещения, позволит повысить эксплуатационные характеристики изделий.
Ключевые слова: Средства индивидуальной защиты пожарных.
Key words: means of individual protection of firefighters.
Согласно действующей нормативной документации Российской Федерации, спецодежда пожарных представлена широким ассортиментным рядом в зависимости от уровня тепловых воздействий во время пожара и климатической зоны при эксплуатации [1-4]. В свою очередь, спецобувь представлена демисезонными моделями. Они применяются совместно со всем ассортиментом спецодежды.
Рассмотрим голень человека, на которой происходит дублирование защитных свойств обуви и одежды. На рисунке 1 представлена идеализированная модель этого участка для последующего математического анализа.
Рисунок 1. Идеализация геометрических параметров системы «голень – спецобувь - спецодежда - окружающая среда»
Процессы теплообмена в рассматриваемой системе описываются уравнением нестационарной теплопроводности [5]:
Так как голень представляет собой правильный цилиндр, то в цилиндрической системе координат уравнение (1) принимает вид:
где , и c - значения теплопроводности, плотности и теплоемкости слоя мате риала;
r - толщина слоя материала, мм;
t - время температурного воздействия, сек.
Для получения однозначного решения уравнения (2) дополним его начальными значениями T(r0,0) и граничными значениями: температурой тела человека T(r0,t)=33 и температурой внешней среды (при нагревании 200о С, а при охлаждении 20о С).
Для того, чтобы численное решение уравнения (2) было устойчивым при любом соотношении шагов по времени и по радиусу , применим неявную схему метода конечных разностей. При этом дискретная математическая модель принимает следующий вид:
(3)
где ri- внешний радиус i-того слоя, мм;
t - шаг по времени
;
r- шаг по координате
Принимаем r = 1·10-3м; t = 30 c ; n = 37; tmax при нагревании = 300 с, m = 10; tmax при остывании 900 с, m = 30.
Реализация данной математической модели в виде компьютерной программы позволяет определить изменение распределения температурного поля в системе «голень – спецодежда – спецобувь – окружающая среда» при воздействии внешней температуры 200°С.
Графики распределения температурного поля в зависимости от времени воздействия высокой температуры представлены на рисунке 2.
Из графиков рисунка 2 следует, что нагревание голени во внутриобувном пространстве удовлетворяет требованиям НПБ 158-97 [6]. Температура 200°С может быть достигнута за время, превышающее 5 мин. В то же самое время это приводит к значительно продолжительному времени остывания СИЗ.
Рисунок 2. Графики распределения температурного поля в системе «голень – спецодежда – спецобувь – окружающая среда»
*обозначения слоев представлены на рисунке 1.
В соответствии с результатами математического моделирования, имитирующими температурное воздействие внешней среды на организм пожарного, следует сформировать следующие принципы согласованности свойств средств индивидуальной защиты:
1. Теплоизоляционная эффективность боевой спецодежды соответствует требованиям нормативной документации. В области голени для изготовления спецобуви возможно применение материалов с повышенными гигиеническими и пониженными теплоизоляционными свойствами, что позволит снизить потоотделение нижних конечностей. Насыщение материалов средств индивидуальной защиты внешней и внутренней влагой приводит к снижению уровня их тепловой защиты.
2. Неоднозначность конструктивных требований к боевой одежде, указанные в нормах пожарной безопасности НПБ 157-99, [1] требуют применения конструктивных узлов, обеспечивающих вентилируемость подкостюмного пространства.
Литература
1. НБП 157-99. Нормы пожарной безопасности боевая одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний. [Текст].- Введ. 01.10.1999 г. М. : Изд-во стандартов, 1999. – 14 с.
2. НПБ 161-97. Специальная защитная одежда пожарных от повышенных тепловых воздействий. Общие технические требования. Методы испытаний. [Текст].- Введ. 01.12.1997 г. М. : Изд-во стандартов, 1997. – 37 с.
3. НПБ 162-2002. Специальная защитная одежда пожарных изолирующего типа. Общие технические требования. Методы испытаний. [Текст].- Введ. 01.03.2003 г. М. : Изд-во стандартов, 2002. – 9 с.
4. НПБ 196-2000. Боевая одежда пожарного для районов России с умеренно холодным, холодным и очень холодным климатом. Технические требования пожарной безопасности. Методы испытаний. [Текст].- Введ. 01.03.2001 г. М. : Изд-во стандартов, 2001. – 9 с.
5. Мантуров, О.В. Курс высшей математики: Ряды. Уравнения математической физики. Теория функций комплексной переменной. Численные методы. Теория вероятностей [Текст] : Учеб. для вузов / О.В. Мантуров. – М.: Высш.шк., 1991. – 448 с.
6. НБП 158-97. Специальная защитная обувь пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний. [Текст].- Введ. 15.02.1997 г. М. Изд-во стандартов, 1997. – 13 с.
