Определение оптимального количества точек контроля и их пространственного расположения при реализации оптико-электронной распределенной системы обнаружения горения и оценки скорости фронта пламени
Authors: Лисаков С.А. , Сыпин Е.В. , Галенко Ю.А. , Павлов А.Н. 
Published: October 2024

В статье описано исследование по определению оптимального количества точек контроля (датчиков пламени) и их расположения на охраняемом объекте при реализации оптико-электронной распределенной системы обнаружения горения и оценки скорости фронта пламени. Назначение системы заключается в определении (прогнозировании) расположения фронта пламени к моменту срабатывания устройства взрывоподавления с заданной погрешностью на основе данных о скорости фронта пламени с целью своевременной активации взрывоподавляющих устройств. Задачи определения оптимального количества точек контроля и их пространственного расположения являются связанными. Изначально определяется расстояние между точками контроля позволяющее обеспечить наилучшие параметры работы ОЭС. В свою очередь оптимальное количество точек контроля определяется отношением общей протяжённости охраняемого объекта к оптимальному расстоянию между датчиками пламени. Сформулированы критерии оптимальности для двух вариантов прогнозирования расположения фронта пламени: по показаниям одного датчика пламени для скоростей не более 30 м/с и по показаниям двух датчиков пламени для скоростей более 30 м/с. Для предложенных вариантов разработаны соответствующие методики и проведены исследования на базе компьютерного моделирования процесса нестационарного горения углеводородовоздушных смесей для условий, характерных для угольных шахт. Установлено, что оптимальное значения расстояния между фотоприемниками датчика пламени составляет 0,05 м, однако при использовании одного датчика требуемые значения погрешности расчета положения фронта пламени (не более 15) достигаются для скоростей фронта пламени не более 30 м/с. При скорости фронта пламени более 30 м/с оптимальное расстояние между датчиками пламени составляет 1,75 м, что обеспечивает минимальную относительную погрешность прогнозирования расположения фронта пламени, не превышающую 7,1 .

Abstract The article describes a study on determination of control points optimal number and their location on protected object for electro-optical distributed system of flame front speed estimation. Purpose of the system is to determine (predict) the location of flame front with given error based on the data on flame front speed with the goal of timely activation of the explosion suppression devices. The tasks of determining of the control points optimal number and their spatial location are related. Initially, the distance between the control points (flame detectors) is determined to ensure the best parameters of the EOS operation. In turn, the optimal number of control points is determined by ratio of the protected object total length to the optimal distance between the flame detectors. The optimality criteria are formulated for two approaches for predicting of the flame front location: by signals from one flame sensor for speeds no more than 30 m/s by signals from two flame sensors for speeds above 30 m/s. Appropriate research methods are developed for the proposed options. The studies were carried out on the basis of non-stationary combustion computer simulation for hydrocarbon-air mixtures in conditions typical for coal mines. The optimal distance between photo detectors in the flame detector is 0.05 m. However, the required error values for calculating of the flame front position (no more than 15) are achieved for flame front speed of no more than 30 m/s using a single flame detector. The optimal distance between the flame detectors is 1.75 m at flame front speed of more than 30 m/s. In this case, the minimum relative error in predicting of the flame front location does not exceed 7.1.