Диссертация (1172943), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Общий вид экспериментальной установки представлен на рисунке 2.10.42123Рисунок 2.10 – Общий вид экспериментальной установки:1 – противень с бензином, 2 – приемник теплового потока, 3 – видеокамера,744 – стальной лист для крепления приемника теплового потока.При проведении эксперимента для регистрации падающего лучистоготеплового потока применялся прибор ПТП-2001 (рисунок 2.11), измеряемая плотность теплового потока находится в диапазоне от 1 до 100 кВт/м 2, чувствительность приемника – 93,5 (мкВ∙м2)/кВт, погрешность измерения приемника составляет ± 4,8 % [136].
Выбор ПТП-2001, который является датчиком Гордона [107],был обусловлен его возможностью измерения более высоких значений плотностилучистого теплового потока в отличии от датчика Шмидта-Боултера [108].Рисунок 2.11 – Приемник теплового потока ПТП-2001 (датчик Гордона)Приемник теплового потока располагался на расстоянии 2,1 м от центрапротивня и на высоте 0,93 м от уровня пола помещения.Регистрациясигнала,передаваемогоприемникомтепловогопотокаосуществлялась с помощью цифрового мультиметра UT60A, диапазон измерениянапряжения которого составляет 400 мВ ÷ 1000 В, а погрешность измерения± 0,8 %.
Мультиметр был подключен к персональному компьютеру черезинтерфейс RS-232C и провод USB. Мониторинг и запись данных осуществлялисьв программном обеспечении UT60A Interface Program. Видеозапись экспериментапроизводилась на экшн-камеру SJCAM M10 Cube Mini, формат записи – 720р,частота кадров при съемке видео – 60 кадров/c.Среднее значение измеренной плотности теплового потока составило4,6 кВт/м2. Характерный контур пламени, образующийся при горении бензинав противне, представлен на рисунке 2.12.75Рисунок 2.12 – Характерный контур пламени при горении бензина в противне,полученный в результате экспериментаНа рисунке 2.13а приведена геометрическая модель расчетной области,которая представляет собой параллелепипед со сторонами 4,2 м и высотой 6 м.Показанные на рисунке 2.13 четыре одинаковые вертикальные полосы используются для поддержания осевой симметрии потока и усреднения падающихлучистых тепловых потоков от пульсирующего пламени [82].На входе в расчетную область (выделена красным цветом на рисунке 2.13б),задавался гомогенный поток паров горючего с осредненной температурой кипения и удельным расходом, равным 0,06 кг/(м2∙с), что соответствует удельноймассовой скорости выгорания бензина, представленной в [105].Для дискретизации расчетной области была построена гексаэдрическаясетка, состоящая из 3 835 200 элементов с максимальным размером 40 мм.Задача решалась в нестационарной постановке с временным шагом10-3 с, время моделирования горения – 10 с.Сравнение контуров мгновенных разрешенных температур, полученныхв результате численного моделирования и экспериментального исследования,представлено на рисунке 2.14 [82].76а)б)21Рисунок 2.13 – Геометрическая модель расчетной области: 1 – очаг горения;2 – точки, в которых производилось измерение плотности теплового потокаПолученные в результате численного моделирования контуры мгновенныхразрешенных температур, частота и масштаб турбулентных пульсаций, образующихся при горении вихрей, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.Регистрация плотности теплового потока при численном моделированиипроизводилась в четырех точках, представленных на рисунке 2.13б и расположенных на вертикальных полосах.
Высота размещения указанных точек измерения принималась равной высоте крепления приемника теплового потокапри проведении экспериментального исследования. Учитывая асимметричностьтурбулентных пульсаций пламени, было произведено осреднение плотноститеплового потока в точках измерения на каждом временном шаге.770200400600800100012001400 оСРисунок 2.14 – Сравнение контуров мгновенных разрешенных температур,полученных в результате численного моделированияи экспериментального исследованияАнализ данных, представленных на рисунке 2.15, показал, что среднеерасхождение значений плотности теплового потока, полученных в результатечисленного моделирования и экспериментального исследования, не превышает10 % [92], [93].78q, кВт/м276543210МоделированиеЭксперимент (среднее значение)0123456789τ, с10Рисунок 2.15 – Зависимость плотности падающеголучистого теплового потока от времениУдовлетворительная сходимость результатов численного моделированияи экспериментального исследования позволяет судить об успешной валидациивыбранных моделей.
Таким образом, дальнейшее исследование было направленона численное моделирование пожара пролива на СНЭ с целью определения плотности теплового потока и обоснования требований к конструктивному исполнению водопленочных защитных экранов и их гидравлическим параметрам.2.4 Численное моделирование пожара пролива бензинана железнодорожной сливоналивной эстакадепри ветровом воздействииНа рисунке 2.16а приведена геометрическая модель расчетной области,которая представляет собой параллелепипед с основанием 32×25 м и высотой h,равной 20 м.Для дискретизации расчетной области была построена гексаэдрическая сетка, состоящая из 1 077 894 элементов с максимальным размером 230 мм. Площадьочага горения составила 75 м2 (5×15 м).79В сеточных моделях безразмерный параметр Y+, характеризующий величину отношения размера пристеночной ячейки к толщине ламинарного подслоя былпринят равным 2, а коэффициент нарастания сеточных линий по нормалик поверхностям составлял 1,1, что соответствуют требованиям моделей турбулентности для расчета отрывных режимов [81].Задача решалась в нестационарной постановке с временным шагом 10-2 с,время моделирования горения при каждой скорости ветра составило 10 с.Для моделирования очага пожара на входе в расчетную область задавался гомогенный поток паров бензина с осредненной температурой кипения и удельнымрасходом, равным удельной массовой скорости выгорания бензина, принятойв соответствии с [105].
Теплообмен между пламенем и котлом железнодорожнойцистерны не учитывался. C целью уменьшения вычислительных затрат быласоздана плоскость симметрии. Измерение плотности лучистого потока производилось в 40 точках, размещенных равномерно по высоте расчетной областина расстоянии 15 м от очага пожара (рисунок 2.16 б) [83]–[86], [92].а)б)Рисунок 2.16 – Геометрическая (а) и сеточная (б) моделис граничными условиями:1 – очаг пожара; 2 – точки, в которых производилось измерение плотности лучистого потока; 3 – плоскость симметрии; 4 – граница расчетной области, предназначенная для создания ветрового воздействия;5 – котел железнодорожной цистерны80Контуры мгновенных разрешенных температур в плоскости симметрии приразличных скоростях ветра представлены на рисунке 2.17 [83]–[86].u = 0 м/сu = 1 м/сu = 3 м/сu = 2 м/сu = 4 м/с0200u = 5 м/с400600800100012001400 оСРисунок 2.17 – Контуры мгновенных разрешенных температурв плоскости симметрии при различных скоростях ветра81u = 1 м/сu = 0 м/с010202040u = 4 м/с040608080100u = 3 м/сu = 2 м/с030u = 5 м/с4060кВт/мРисунок 2.18 – Изоповерхности температуры и распределение плотностилучистого потока на уровне земли при различных скоростях ветра282u = 0 м/с0u = 1 м/с10u = 2 м/с03040608080100u = 3 м/с20u = 4 м/с02040u = 5 м/с40602кВт/мРисунок 2.19 – Распределение плотности лучистого потокана уровне земли при различных скоростях ветра83Контуры светящейся зоны пламени, изображенные на рисунке 2.18, идентифицированы по изоповерхности с температурной 850 К [102].
На рисунках 2.18и 2.19 представлено распределение плотности лучистого потока на уровне земли.Полученная номограмма для определения средних значений плотностилучистого потока, падающего на обогреваемую сторону водопленочного защитного экрана (ВПЭ), расположенного на пожарной вышке на расстоянии 15 мот железнодорожных путей СНЭ, в зависимости от высоты при различных скоро-Высота размещения ВПЭрасположенного на пожарной вышке, мстях ветра изображена на рисунке 2.20 [83], [84].2018163 м/с142 м/с125 м/с1 м/с104 м/с8640 м/с20010203040506070802Плотность теплового потока, кВт/м90100Рисунок 2.20 – Номограмма для определения средних значенийплотности лучистого потока, падающего на обогреваемую сторону ВПЭ,от высоты при различных скоростях ветраАнализ результатов моделирования позволил установить, что при скоростяхветра 4 м/c и более возможно образование отрывных вихрей пламени, способныхдостигнуть пожарной вышки, расположенной на расстоянии 15 м от железнодорожных путей СНЭ, а плотность лучистого потока в месте размещения ствольщика на пожарной вышке при этом может превышать 60 кВт/м2.84Следует отметить, что использование пожарной вышки, расположеннойс подветренной стороны напротив очага пожара при указанных скоростях ветра,не представляется возможным.
В этом случае для охлаждения ЖДЦ необходимоиспользоватьсоседниепожарныевышки,посколькувсоответствиис СП 155.13130.2014 «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарнойбезопасности» для орошения каждой точки СНЭ должно быть предусмотреноне менее двух лафетных стволов [35].Таким образом, ВПЭ, устанавливаемые на пожарных вышках СНЭ объектовнефтепродуктообеспечения на расстоянии не менее 15 м от железнодорожныхпутей, должны быть рассчитаны на плотность лучистого потока, падающегона обогреваемую сторону экрана, не менее 60 кВт/м2 при условии обеспеченияснижения указанной плотности до допустимых значений – не более 5 кВт/м2на ствольщика, расположенного за экраном, в специальной защитной одеждепожарного.85ГЛАВА 3 ВОДОПЛЕНОЧНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН3.1 Обзор теплозащитных экранов, устанавливаемых на пожарных вышкахжелезнодорожных сливоналивных эстакадАнализ результатов численного моделирования пожара пролива бензинана сливоналивной железнодорожной эстакаде показал, что защита ствольщика напожарной вышке от теплового излучения пламени является актуальной задачей.Одним из наиболее эффективных способов снижения тепловых потоковпри пожаре на объектах нефтепродуктообеспечения является применение теплозащитных экранов [110]–[113].В настоящее время для снижения плотности теплового потока, падающегона ствольщика, применяются теплозащитные сетчатые экраны, представленныена рисунке 3.1 [110], [113]–[120].а)б)Рисунок 3.1 – Модель теплозащитного сетчатого экрана «Согда» 2А:а – общий вид; б – размещение экрана на пожарной вышке86Указанный экран состоит из двух сеток, выполненных из нержавеющейстали с размером квадратного отверстия ячейки сетки 0,40,4 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
