Spread of fire‑extinguishing aerosols in volume
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2026-300-2-75-81Keywords:
olumetric suppression, fire-extinguishing aerosols, carbon dioxide, enclosed spacesAbstract
The article investigates the peculiarities of the spread of aerosol fire-extinguishing agents in enclosed spaces with complex volumetric and planning structures. The influence of room geometry, the presence of partitions, furniture, door openings, and ventilation channels on the formation of concentration fields of carbon dioxide and fire-extinguishing aerosols is considered. Differences in the mechanisms of transfer of gas–solid-phase aerosol systems are analyzed, in particular the role of convective transport, turbulent mixing, and diffusion processes in the formation of zones of effective and ineffective fire suppression. It is shown that for aerosol agents, the determining factor is gravitational particle deposition, which causes spatial non-uniformity of concentration and limits the duration of the effective extinguishing phase. Special attention is paid to the analysis of leakage of fire-extinguishing agents through door openings and ventilation shafts and their impact on reducing the efficiency of volumetric fire suppression systems. It is established that the effectiveness of volumetric aerosol fire suppression is generally determined by the uniformity of distribution of the extinguishing substance in the room, the speed of reaching the calculated concentration, and the ability of the aerosol to penetrate into hard-to-reach zones. At the same time, the spread of the aerosol is significantly influenced by particle size and shape, initial ejection velocity, source location, as well as the presence of obstacles and internal partitions. When considering the mechanism of aerosol spread behind furniture, it was found that furniture and technological equipment create so-called aerodynamic shadows, within which the intensity of convective transport decreases and, as a result, the extinguishing concentration is reduced, leading to an increase in extinguishing time. Consequently, behind massive furniture, local zones may form with aerosol concentrations lower than the extinguishing threshold, which reduces local fire suppression efficiency. The expediency of using numerical modeling to predict the behavior of fire-extinguishing agents under real operating conditions, optimize the placement of supply sources, and improve the efficiency of automatic gas and aerosol fire suppression systems in rooms with complex configurations is substantiated.
References
1. Chow, W. K. Дослідження пожеж у закритих камерах. Журнал пожежних наук. 1995. Т. 13, № 2. С. 89–103. DOI: 10.1177/073490419501300201
2. ДСТУ EN 15276-1:2021. Стаціонарні системи пожежогасіння. Системи аерозольного пожежогасіння. Частина 1. Вимоги до компонентів і методи їх випробування (EN 15276-1:2019, IDT). Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2021. URL: https://online.budstandart.com/ua/ catalog/doc-page.htmlid_doc=95761
3. Zhou, J., Chan, N. K. Чисельне дослідження розподілу концентрації СО₂ в квартирі. Внутрішнє та антропогенне середовище. 2010. Т. 20, № 1. С. 91–100. DOI: 10.1177/1420326X10390670
4. McGrattan, K., Bilson, M. Моделювання поздовжньої вентиляції в тунелях за допомогою симулятора пожежної динаміки. Журнал пожежної безпеки. 2023. Т. 141. Стаття 103982. ISSN 0379-7112. DOI: https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103982
5. Su, Z., Li, Y., Luo, R., Zhong, H., Li, J., Geng, Z., Guo, Z. Механізм розливу шлейфів із кількох отворів на розподіл температури стелі під час пожеж у тунелях метро на основі принципу суперпозиції. Тунелювання та підземна космічна технологія. 2025. Т. 158. Стаття 106412. ISSN 0886-7798. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2025.106412
6. Li, H., Zhang, G., Jia, B., Zhu, G., Guo, D., Zhang, P. Експериментальне дослідження вогнегасних характеристик рідкого азоту в підземному довгому та вузькому просторі. Тунелювання та підземні космічні технології. 2021. Т. 114. Стаття 104009. ISSN 0886-7798. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.104009
7. Лі, К., Лю, К., Лу, К., Тан, Л., Ву, Д., Хуан, X. Вплив прямокутних перешкод на характеристики потоку ультрадисперсного сухого порошкового вогнегасного агента в замкнутих просторах. Пожежна. 2025. Т. 8, № 6. С. 236. DOI: https://doi.org/10.3390/fire8060236
8. Du, X., Wang, T., Zhao, J., Yu, Z., Zhang, H. Дослідження ефективності змішування ультратонких сухих порошкових вогнегасних агентів у різних зонах рециркуляції перешкод гондол літаків. Безпека процесу та захист навколишнього середовища. 2026. Т. 206. Стаття 108344. ISSN 0957-5820. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2025.108344
9. Hu, X., Kraayeveld, A. Експериментальне та чисельне дослідження вогнегасної ефективності інертних газів у негерметичному корпусі. Енергії. 2022. Т. 15, № 12. Стаття 4323. DOI: https://doi.org/10.3390/en15124323
10. Баланюк, В. М., Козяр, Н. М., Гарасим’юк, О. І. Використання газоаерозольних порошкових вогнегасних сумішей для захисту запалювальних сумішей. Science Rise. 2016. DOI: 10.15587/2313-8416.2016.69333
11. Fan, W. P., Gao, Y., Zhang, Y. M., Chou, C. L., Chow, W. K. Експериментальні дослідження та моделювання швидкості полум’я при турбулентній дефлаграції у відкритій трубі. Безпека процесу та захист навколишнього середовища. 2019. Т. 129. С. 291–307. ISSN 0957-5820. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.07.013
12. Zhang, X., Ismail, M. H., Ahmadun, F., Abdullah, N., He, K. Гарячі аерозольні вогнегасні речовини та пов’язані технології: огляд. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2015.
13. Hu, X., Kraayeveld, A. Експериментальне та чисельне дослідження вогнегасної ефективності інертних газів у негерметичному корпусі. Енергії. 2022. Т. 15, № 12. Стаття 4323. DOI: https://doi.org/10.3390/en15124323
14. Zhang, W.-B., Yin, Q., Liu, M.-R., Li, C.-Q., Wang, Z.-C., Hu, Z.-M. Дослідження ефективності випаровування та раптового охолодження гептафторпропану в збірних пристроях пожежогасіння на основі чисельного методу. Пожежна. 2025. Т. 8, № 4. Стаття 124. DOI: https://doi.org/10.3390/fire8040124
