РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ СОГЛАСОВАННОСТИ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, ЗАЩИЩАЮЩЕЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ СОГЛАСОВАННОСТИ СВОЙСТВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, ЗАЩИЩАЮЩЕЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Научная статья
Смирнова О.А.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, Шахты, Россия
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 λ , ρ 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)=33º 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:
где ri- внешний радиус i-того слоя, мм;
Δt - шаг по времени 
Δr- шаг по координате 
Принимаем Δr = 1·10-3м; Δt = 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.
Список литературы / References
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.