Автореферат (1172907), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

таблицу 2).15Таблица 4 – Параметры потока при разрушении резервуара в масштабе 1:130к натурному РВС-30000 м3 и соответствующие критерии подобияlм, м0,0770,1150,1540,1920,231tм, с0,2280,3160,2720,3600,4120,5000,4040,4910,3950,482hм, м0,0250,0240,0190,0170,0160,0140,0130,0120,0110,009uм, м/с1,1791,1031,2411,1531,2121,0901,2461,1751,2261,050Frм5,645,268,327,849,538,5712,5812,0913,9311,92Shм10,7014,7817,8923,9931,8038,5539,9949,6243,9953,72Reм2964625998233931992819046154221566113658134869899В таблицах 5 и 6 представлены сравнительные характеристики критериевподобия, полученных соответственно при обработке данных натурного опыта(разрушение РВС-700 м3) и лабораторного эксперимента (разрушение резервуарав масштабе 1:30), а также численного моделирования (разрушение РВС-30000 м3)и лабораторного эксперимента (разрушение резервуара в масштабе 1:130).Таблица 5 – Сравнительная характеристика критериев подобияНатурный опыт (см.

таблицу 1)lн, мFrнShн12,906,006,09,015,359,0012,010,1912,0014,58,3714,5016,06,5216,00Лабораторный эксперимент (см. таблицу 3)lм, мFrмShм13,006,060,2000,30014,709,090,40010,9512,120,4838,4314,650,5336,6916,16Таблица 6 – Сравнительная характеристика критериев подобияЧисленное моделирование (см. таблицу 2)lн, мFrнShн5,0610,57104,5714,957,7118,18156,8623,788,7132,38207,5841,5310,7938,642510,1648,1213,2545,003011,0452,25Лабораторный эксперимент (см. таблицу 4)lм, мFrмShм5,6410,700,0775,2614,788,3217,890,1157,8423,999,5331,800,1548,5738,5512,5839,990,19212,0949,6213,9343,990,23111,9253,72Анализ данных в таблицах 5 и 6 позволяет сделать общий вывод о тождественности критериев подобия (Frм ≈ Frн = idem; Shм ≈ Shн = idem), следовательно,поток, образующийся при разрушении модельного резервуара является подобным потоку, образующемуся при разрушении натурного резервуара.16Числа Рейнольдса в рассматриваемом диапазоне изменения параметровмодельного потока больше критического значения (Reм  Reкр = 10000), значитмодельный поток, также как и натурный, находится в турбулентном состоянии.При разработке лабораторного стенда масштабы модельных резервуаровприняты 1:30 и 1:130 по отношению к соответствующим натурным резервуарамтипа РВС-700 м3 и РВС-30000 м3.

Наименьший допустимый масштаб модели,исходя из зависимости (4), соответственно составляет:λ мин  (30  50)3 uн2 hн2  303 82 12  120 ;λ мин  (30  50)3 uн2 hн2  303 11,4 2  1,2 2  172 ,то есть условие масштаба моделирования в обоих случаях соблюдается.Скорость потока воды при проведении экспериментов на лабораторномстенде (см. таблицы 3 и 4) в первом случае более чем в 6 раз, во втором – болеечем в 4,5 раза, превышала критическое значение (0,23 м/с), то есть условиеволнообразования соблюдается.Таким образом, соблюдение выше рассмотренных критериев подобияи условий моделирования гидравлических явлений позволяет сделать общийвывод о том, что изучаемый процесс находится в автомодельной области, а разработанный лабораторный стенд может использоваться для нахождения оптимальных геометрических параметров защитной стенки и дополнительногоограждения для резервуаров номинальным объемом от 700 до 30000 м3.В третьей главе «Экспериментальное определение оптимальныхгеометрических параметров ограждений резервуаров типа «стакан в стакане»приведены масштабные коэффициенты для модельных резервуаров, а такжепредставлены результаты экспериментального определения минимальнойвысоты защитной стенки для локализации потока жидкости при разрушениирезервуара, доли перелившейся через защитную стенку жидкости при снижении ее высоты и геометрических параметров дополнительного ограждения.Основной целью экспериментов являлось нахождение минимальнойвысоты защитной стенки, обустраиваемой на соответствующем расстоянииот основной стенки РВСЗС, для полного предотвращения перелива через неежидкости при разрушении основной стенки.

При этом одновременно решаласьзадача по определению доли перелившейся через защитную стенку жидкости,с учетом изменения ее высоты от первоначальной (рассчитанной на гидростатическое удержание вылившейся из резервуара жидкости) до минимальнонеобходимой (при гидродинамическом воздействии потока).Исходя из конструктивных особенностей основного модельного резервуара на лабораторном стенде, связанных с отсутствием возможности изменятьего диаметр (0,35 м), условия геометрического подобия обеспечивали соответствующим уровнем жидкости в этом резервуаре, при этом были найдены соответствующие масштабные коэффициенты (таблица 7).17Таблица 7 – Масштабные коэффициенты для модельных резервуаровНоминальныйобъем натурногоРВС, м370020005000100002000030000Внутреннийдиаметр,м10,4315,1820,9228,5039,9045,60Высотастенки,м9,0012,0015,0018,0018,0018,00Масштабныйкоэффициентλl30436081114130Уровень жидкостив модельномрезервуаре, м0,300,280,250,220,160,14Кроме этого, исходя из экономической эффективности применениярассматриваемых защитных стенок, а также анализа требований нормативныхдокументов к РВСЗС, сделан вывод о целесообразно обустройства такихпреград на расстояниях от 1,5 до 3,0 м от стенки внутреннего резервуара.В дальнейшем эти расстояния и были взяты за основу при проведении экспериментальных исследований, направленных на определение оптимальных геометрических параметров защитных стенок резервуаров типа «стакан в стакане»(таблица 8).Таблица 8 – Значения расстояний для обустройства защитных стенокпо периметру модельных резервуаров с учетом масштабных коэффициентовМасштабныйкоэффициентλl30436081114130Расстояние от стенки модельного резервуара до защитной стенкидля соответствующего натурного расстояния, м1,52,12,43,00,0500,0700,0800,1000,0350,0490,0560,0700,0250,0350,0400,0500,0190,0260,0300,0370,0130,0180,0210,0260,0120,0160,0180,023Методика проведения экспериментов заключалась в следующем.

Наосновании стенда по периметру резервуара на соответствующем расстоянииобустраивалась защитная стенка в виде стальной обечайки. Первоначальнаяее высота превышала на 1 м (в соответствующем масштабе) уровень жидкостив границах ограждения, образующийся при повреждении резервуара. Герметичность стенки обеспечивалась силиконовым герметиком.

Внутрь резервуараустанавливалась вкладка из монолитного поликарбоната высотой, соответствующей уровню жидкости в этом резервуаре. Далее этапы проведения экспериментов аналогичны, описанным ранее. В случаях наблюдения перелива жидкости (рисунок 6) высоту стенки увеличивали посредством крепления на нейдополнительной цилиндрической обечайки с замковым устройством, позволяющим перемещать ее вверх по стенке с шагом от 0,001 м. Опыты повторяли дотех пор, пока жидкость полностью не удерживалась в границах ограждения.18Рисунок 6 – Характерные кадры взаимодействия потока жидкости при разрушениирезервуара в масштабе 1:30 к натурному РВС-700 м3 с защитной стенкой,установленной на расстоянии 0,07 м (2,1 м для натурного объекта)Перед проведением каждого эксперимента инструментальной линейкойпроизводился замер уровня жидкости в резервуаре, а после имитации его разрушения – уровня жидкости в границах ограждения.

Далее производились расчеты по оставшемуся объему жидкости в границах ограждения и делался выводо доле перелившейся через стенку жидкости. Массив полученных данныхс оценкой доли жидкости (Q, %), перелившейся через защитную стенку в зависимости от ее высоты (hст, м) и расстояния (l, м) до соответствующего резервуара при первоначальном уровне жидкости в резервуаре (h0, м), соответствующемвысоте стенки этого резервуара, представлен в приложении А работы. На основеанализа выборки из этого массива получены зависимости безразмерногопараметра (hст/h0), определяющего минимальную высоту защитной стенки длялокализации потока жидкости при полном разрушении соответствующегонатурного резервуара, от расстояния (l, м), на котором может быть установленазащитная стенка (рисунок 7). Для сравнения на этом же рисунке приведенырасчетные зависимости для определения высоты защитной стенки, рассчитанной на гидростатическое удержание пролитого из соответствующего резервуарапродукта, а также нормативная зависимость высоты защитной стенки (0,8h0).Рисунок 7 – Зависимости дляопределения минимальнойвысоты защитной стенкиот расстояния до стенкирезервуара:гидродинамика;гидростатика19Из рисунка 7 видно, что для всех рассматриваемых типов резервуаровс целью удержания продукта в границах защитной стенки ее высота в изучаемом диапазоне расстояний l должна быть не только больше высоты стенки,рассчитанной на статическое удержание пролитого продукта, но и нормативнорекомендуемой.

При этом для полного удержания продукта в границах защитной стенки, при условии ее расчета на гидродинамические нагрузки, должновыполняться соотношение hст/h0 ≥ 1,1. Очевидно, что на практике защитныестенки такой высоты применять экономически нецелесообразно, поэтому дальнейшие исследования были направлены на оценку доли перелившейся череззащитную стенку жидкости при снижении ее высоты вплоть до уровня, рассчитанного на статическое удержание вышедшей при аварии основного резервуаражидкости.В результате обработки экспериментальных данных методом многофакторного регрессионного анализа с использованием программы STATGRAPHICSполучены эмпирическая зависимость, величина достоверности аппроксимации(R2), критическое значение F-критерия Фишера (Fкр), значение F-критерияФишера в модели (Fм), доверительный интервал (Δ) при уровне значимости α = 5 %.Так, долю жидкости (Q, %), перелившейся через защитную стенку в зависимостиот расстояния L = l + R (здесь: l – расстояние от стенки резервуара до защитнойстенки; R – радиус резервуара), высоты ограждения hст и уровня жидкостив резервуаре h0, соответствующего высоте стенки резервуара, в диапазонеизменения параметров: 1,5 м ≤ l ≤ 3,0 м; 5,2 м ≤ R ≤ 22,8 м; 9,0 м ≤ h0 ≤ 18,0 м;0,4h0 м ≤ hст ≤ 1,1h0 м, предлагается определять по следующей зависимости:Lh 68,899 ст ;Rh0R2 = 92,91 %; Fкр = 3,035; Fм = 1708,9; Δ = 1,732.Q  89,8017  17,1986(5)С целью ограничения площади возможного пожара пролива при частичномпереливе жидкости через защитную стенку, для РВСЗС предлагается обустраивать дополнительное ограждение, в качестве которого могут рассматриватьсяземляное обвалование или вертикальная стена из негорючих материалов, рассчитанных на гидростатическое удержание продукта.

Характеристики

Список файлов диссертации