🔥 Тепло Расчёт тепловой мощности свечи И... В честь нашего коллектива, который перешёл за 500 подписчиков 🥳 Наверное, те, кто читает или интересуется профильной иностранной литературой, часто видели обозначение HRR (Heat Release Rate). 📝 То, что на нашем языке мы называем тепловой мощностью (или скоростью тепловыделения) — величина, показывающая, сколько тепловой энергии выделяется за единицу времени. Контекст 🕯 Сегодня мы экспериментальным способом постараемся вычислить тепловую мощность (HRR) одной моей свечи. И, конечно, попутно будем в этом разобраться. 📚 Те, кто был у меня на занятиях: «Я часто говорил о 60 Вт тепловой мощности одной среднестатистической свечи. Также я каждый раз оговаривался, что когда-нибудь у меня дойдут руки это проверить.» 🎉 И о чудо, настал тот день! Тепловая энергия ♨️ Начнём с более простого. Мы иногда говорим о теплоте сгорания, которую измеряем в кДж/кг, МДж/кг (иногда в МДж/м³, но не в нашем контексте). То есть грубо говоря: 📌 Если мы возьмём 1 кг какого-то материала, то за весь процесс полного сгорания он способен выделить «Х» кДж энергии. Причём неважно, за какое количество времени. 🎯 Сейчас нас больше интересует другая величина, но уже с учётом времени. ⚖ Согласитесь, если сравнить 2 процесса горения: - В одном 500 кДж тепловой энергии за 3 часа сгорания; - В другом 500 кДж за одну секунду. 📊 Это разные вещи, и пожарному, наверное, второй процесс меньше понравится. 📈 Поэтому мы ещё говорим о тепловой мощности. Или о том, какое количество энергии выделяется за единицу времени. В таком случае мы будем рассматривать единицы измерения в Ватт, кВатт, МВатт или Дж/с. 📌 Другие величины оставим на потом. Тепловая мощность 🛠️ Эта величина измеряется довольно непросто. По крайней мере, не так, как температура. Расскажу 3 способа её определения: - Методом калориметрии в специальных лабораторных установках; - По количеству кислорода, израсходованного при горении; - По потере массы топлива. 📌 Был выбран третий способ. Эксперимент 🔥 Всё довольно просто: свеча горит, взвешиваем её через равные интервалы времени. Так как мы знаем, что: Количество выделившейся энергии приблизительно пропорционально массе сгоревшего топлива. 📉 Значит, если определить Δ массы за определённое время, то мы можем рассчитать среднюю химическую тепловую мощность свечи по формуле и справочным данным её материала. Расчёты, как обычно, в комментариях 👇 🤝 После нескольких расчётов средняя химическая тепловая мощность моей свечи: ≈97,7 Вт ❌ Но это ещё не всё) Продолжаем На самом деле мы рассчитали приблизительную химическую тепловую мощность, а не тепловой поток от свечи в окружающую среду. 📝 Мы же с вами знаем, что часть выделяемого тепла возвращается к фитилю и воску, обеспечивая испарение топлива и поддержание горения. 📌 Это процесс самоподдерживания горения (тепловая обратная связь). 📖 Если взять упрощённую учебную модель энергетического баланса, то соотношение тепловой мощности: - 70% доля, выделения в окружающую среду; - 30% доля, самоподдерживания процесса. 📌 Это соотношение может сильно меняться от разных параметров, но имеем то, что имеем. Следовательно: 97,7 • 70% = 68,39 Ватт Вывод 🕯 Таким образом, мы с вами хоть и приблизительно, но расчтали тепловую мощность, которую моя свеча отдаёт в окружающую среду. 📈 Расчётное значение оказалось чуть выше чем среднестатистическое. ≈68 Ватт против 60 Ватт. 👨‍💻 Пошёл вносить корректировки в мою презентацию... Всем удачи 💪🔥

🔥 Температурный режим Механизм изменения Т° в слоях БОП Контекст Наверное каждый из нас задавался вопросом: «Насколько та или иная БОП защищает нас от тепловых потоков?» 📚 Если разбираться глубже в этом вопросе, то рано или поздно мы удивимся. Так как нет однозначного ответа. 🛠️ В первую очередь нельзя не затронуть инженерную составляющую. Любое технологическое изделие (экипировка, оборудование и т.д.) — это всегда поиск компромиссов. ⚖ Допустим: мы не можем полностью исключить проникновение водяного пара сквозь слои БОП чтобы исключить паровые ожоги, при этом сохраняя функцию отвода влаги (пота) из организма пожарного. Приходится искать компромиссы. 📌 Так же немаловажно разобраться в некоторых механизмах образования и проникновения тепла в слои БОП. Дисклеймер 🎯 Предлагаю сразу зафиксировать цель: В этом эксперименте нас интересуют исключительно механизмы передачи тепла в слоях БОП, которые мы будем интерпретировать через изменение температурного режима. ❌ Поэтому в данном контексте, нам не будут важны некоторые параметры, такие как: - топливная нагрузка, - цвет носков у пожарного, - бренд БОП и т.д. ✅ Безусловно, изменение перечисленных параметров могли бы существенно изменить данные температуры, при этом те самые механизмы передачи тепла остались бы почти не изменимы на графике. 📌 Повторюсь, у нас нет цели сравнивать экипировку. Эксперимент 📈 В продолжении серии экспериментов с температурным режимом в огневом симуляторе, мне захотелось попробовать получить фактические данные температуры в разных слоях БОП. После чего попытаться их интерпретировать. 🐳 Наш ФейрКит все ещё плавающий по тепловым потокам был одет в: - БОП «х», - свитер «у», - термобелье «z». ♨️ Так же он оставался значительную часть времени на первой позиции инструктора в огневом симуляторе. Датчики 🌡 Все данные были получены на 4 термопары, которые фиксировались на регистратор. 📎 Датчики были расположены по одной горизонтальной оси в разных плоскостях (слоях экипировки): - Внешний слой (на поверхности БОП, окружающая среда); - Внутренний слой (между внутренним пакетом БОП и свитером); - Между свитером и термобельем; - Поверхность кожи (между кожей и термобельем). На самом деле, эти уточнения очень важны, так как: 🔹 Датчик 2 и 3 находятся с обеих сторон свитера. Таким образом в одном случае при получении одного и того же значения на обоих датчиках — мы будем условно считать, что средняя температура свитера сравнялась. 🔹 В другом случае: мы будем интерпретировать передачу тепла не только из окружающей среды к пожарному, но и наоборот. Графики 📉 Как обычно в комментариях вы найдёте графики с моими комментариями. 👇 📝 Там, будет много «предположений» и меньше откровенных выводов. Отчасти, потому что у нас нет возможности получить напрямую данные теплового потока, мы будем строить наши предложения исходя из данных о температурном режиме. Так же на графиках вы увидите 4 временных маркера: вертикальные пунктиры. ⚪ Двое из них белые (фактические): - Начало огневых занятий; - Выход из симулятора с последующим снятием БОП. 🟣 Двое из них другого цвета (вычисления): - Оранжевым: критическая точка при которой тепло от организма пожарного кратно меньше отводится в окружающую среду; - Розовым: точка условного охлаждения «БОП», когда внешний и внутренний слой БОП сравнялись в температурном режиме. График математического сглаживания 〽️ На этом графике хочется остановиться более подробно. Так как с его помощью можно зайти намного глубже в рассуждения и понять как некоторые механизмы происходят поэтапно. 📌 Важно: в этом графике кривая «внешний слой БОП» находится ниже кривой «внутренний слой». Данное явление совершенно нормально при математическом сглаживании, так как берётся за основу средняя температура датчика в рамках заданного времени. В этом случае, внешний датчик имел свойство быстро нагреваться и также быстро охлаждаться. Рекомендации к изучению Рекомендую изучить графики в следующей последовательности по цвету шрифта: - ⚪ Белым; - 🟠 Оранжевым; - Далее справа: сверху вниз. Всем удачи 💪🔥