Interakce vodních kapek s infračerveným zářením

Dalibor Balner

Doctoral thesis

The interaction of water droplets with infrared radiation

Abstract:

Je známo, že vodní kapky obsažené ve vodním proudu mají schopnost bránit průchodu sálavého tepla, především díky absorpci a rozptylu záření. Této vlastnosti se běžně používá k ochraně hořlavých materiálů proti zapálení a snížení tepelného namáhání hasičů. Z hlediska ochrany majetku se používá v určitých případech oddělení požárních úseků vodní clonou (např. prostup pro pásový dopravník či uzavření násypky v technologických stavbách). Z pohledu ochrany osob lze využít vlastností vodních kapek při ochraně hasiče především před tepelnou radiací. Tato disertační práce se věnuje interakci tepelné radiace, především v infračervené oblasti spektra, s vodními kapkami. Hlavním cílem práce je posouzení poklesu hustoty tepelného toku, resp. intenzity infračerveného záření při umístění vodní clony o různých parametrech mezi zdroj radiace a detektor. Změna parametrů vodní clony ovlivňujících útlum tepelné radiace byla zajištěna pomocí pěti trysek s odlišnou výstřikovou charakteristikou. Disertační práce je rozdělena do dvou hlavních částí, teoretické a praktické. Teoretická část se věnuje fyzikálně chemickým vlastnostem vody, vodní mlze, volnému pádu kapek a jejich sedimentační rychlosti, odebírání tepla pomocí vodních kapek a interakci infračerveného záření s vodními kapkami. V praktické části se práce zabývá principem vytvoření vodní mlhy, poklesem hustoty tepelného toku přes definovanou vodní clonu, poklesem intenzity infračerveného záření při průchodu vodní clonou a měřením charakteristik vodní mlhy produkované pomocí testovaných trysek.

Abstract:

It is commonly known that water droplets contained in the water spray have the ability to prevent the transfer of radiant heat, mainly due to absorption and scattering. This property is generally used to protect against ignition of flammable materials and to reduce thermal stress of firefighters. In terms of protection of property there is used the separation of fire sections by water curtain in certain cases (e.g. an opening for a belt conveyor or a closure of a hopper in technological structures). In case of human safety it is possible to use the properties of water droplets to protect firefighters particularly against thermal radiation. This dissertation focuses on the interaction of thermal radiation, especially in the infrared region of the spectrum, with water droplets. The main objective is to assess the decrease of heat flux or intensity of infrared radiation by positioning the water curtain of various parameters between radiation source and the detector. Changing the parameters of the water curtain, affecting the attenuation of thermal radiation, was ensured by five nozzles with different spraying characteristics. The thesis is divided into two main parts, theoretical and practical. The theoretical part deals with the physical and chemical properties of water, water mist, the free fall and terminal velocity of droplets, removing heat by means of water droplets and the interaction of infrared radiation with water droplets. The practical part is focused on the principle of creating water mist, the decrease of the heat flux through a defined water curtain or decrease in intensity of infrared radiation passing through the water curtain. The practical part also deals with measurement of the characteristics of water mist produced by tested nozzles.

Keywords

hustota tepelného toku, infračervené záření, radiace, vodní clona, vodní mlha, kapka, tryska

Keywords

Heat Flux, Infrared Radiation, Radiation, Water Curtain, Water Mist, Droplet, Nozzle

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 20. 6. 2017
• Supervisor: Karla Barčová
• Reader: Vladimír Mózer, Karol Balog, Milan Oravec

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Doctoral programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Požární ochrana a bezpečnost