Диссертация (1172943), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

и Pittblado R.M. [77]: a  c4 Pw ( X  0,5d )0,09 ,(2.30)где Pw – парциальное давление водяного пара в воздухе, Па;Х – расстояние от центра пролива диаметром d до облучаемого объекта, м;с4 – константа, равная 2,02 Па0,09м0,09.Парциальное давление водяного пара в воздухе вычисляется по формуле:Pw  RH  Pw0 ,(2.31)где Pw0 – давление насыщенных паров воды в воздухе, Па;RH – относительная влажность воздуха.В основе представленных выше зависимостей по определению параметровпламени лежит допущение о приведении формы пролива произвольной конфигурации к эквивалентному кругу. Таким образом, эти зависимости могут применяться только для проливов круговой формы (например, горение нефти в вертикальном стальном резервуаре) или близкой к этому.Фирмой ADL (Англия) проведены исследования горения СПГ для проливовпрямоугольной формы [70].

Эксперименты проводились в удлиненном котлованес соотношением длин сторон до 30 и показали некоторые отличия от горения СПГпри проливах круговой формы. В частности, при горении СПГ в удлиненном58котловане были получены несколько меньшие численные значения интенсивности теплового излучения, удельной массовой скорости выгорания, длины пламении других характеристик. Причем различия начинались при отношении длинсторон котлована 4–5.В результате проведенного исследования выявлено, что на угол отклоненияпламени от вертикали при проливах прямоугольной формы ветровое воздействие,направленное по нормали к длинной стороне, оказывает значительно большеевлияние, чем на аналогичное пламя при проливах круговой формы. При этомнаблюдается увеличение размеров основания пламени в направлении ветровоговоздействия, снижение длины пламени, а также нарушение его целостности,т.е.

дробление пламени на отдельные крупные вихри.При отношении длины пролива прямоугольной формы к его ширине больше4‒5 пламя начинает вести себя как линейный источник, для которого определяющими параметрами становятся ширина пролива и скорость ветра. В качествеобобщающего критерия предложено использовать модифицированное числоФруда [70]:Fr   uw / 2 g 0 ,(2.32)где  0 – ширина пролива прямоугольной формы, м.θuwLLΔₒΔₒΔ1Рисунок 2.5 – Форма пламени при пожаре пролива прямоугольной формы [70]Безразмерные длина и ширина пламени, а также угол его отклоненияот вертикали определяются следующими соотношениями:594,0 if Fr   0,1L 0, 65 0,88Fr if 0,1  Fr   0,25 ,0 2,2 if Fr  0,25(2.33)1,0 if Fr   0,11 1,37 23,3Fr  if 0,1  Fr   0,25 ,0 3,5 if Fr  0,25(2.34)1,0 if Fr   0,0420,32cos  0,36Fr if 0,042  Fr   0,25 .0,56 if Fr   0,25(2.35)Анализ полученных зависимостей позволил установить, что геометрическиепараметры пламени при Fr  < 0,1 зависят только от ширины пролива.

При возрастании модифицированного числа Фруда длина пламени уменьшается, а ширинаоснования пламени наоборот увеличивается. При Fr  ≥ 0,25 геометрические параметры пламени становятся независимыми от окружающих условий.Проведенные исследования показали, что фактический контур пламенипри проливах прямоугольной формы может быть представлен эквивалентнымпараллелепипедом, а угловой коэффициент облученности и, следовательно, плотность лучистого теплового потока при прочих равных условиях будет сильнозависеть от скорости ветра. При относительно малых скоростях ветра пламя практически не отклоняется от вертикали, а ширина его основания ограничена шириной пролива.

В этом случае угловой коэффициент облученности может бытьрассчитан как коэффициент для плоской вертикальной поверхности с размерами,равными H0 и l. При облучении единичной площадки, расположенной горизонтально (рисунок 2.6 а) или вертикально (рисунок 2.6 б) на поверхности земли,можно записать:  0 1 Q011 arctg   arctg  P2  Q2P02  Q02 Q0 0 0 ,(2.36)60   / 2P011arctg  P2  Q2  P02  Q020 0где Q0  2 P10arctg  1  Q21  Q020 ,(2.37)X0H; P0  2 0 .llа)lReceptorH0б)lReceptorH0Δ0 X0Δ0X0Рисунок 2.6 – К расчету углового коэффициента облученностипри отсутствии ветраПри возрастании модифицированных чисел Фруда эквивалентный параллелепипед отклоняется от вертикали, а его ширина увеличивается, смещаясьв направлении ветрового воздействия.

Для случая единичной площадки, расположенной горизонтально на поверхности земли с подветренной стороны относительно пламени (рисунок 2.8 а), для определения углового коэффициента облученности предложено использовать выражение: 0где  P1 cos   Q1arctg  1  Q 22P1  Q1  2 P1Q1 cos  111cos   arctg ,22 P 2  Q 2  2 P Q cos  1Qsin11 11 1  P  Q cos   1  arctg  Q1 cos   arctg  12222 1  Q sin   1  Q sin    11  2H2x  ; P1  1 ; Q1  1 .2ll(2.38)61При вертикальной ориентации единичной площадки интеграл в конечномвиде не раскрывается, однако может быть вычислен с использованием решениядля горизонтальной площадки путем преобразования координат:   / 2    0 ( L1 )    0 ( L2 ) .(2.39)В формуле (2.38) х1 заменяется на y1  x1tg , H1 ‒ соответственно на L1и L2, а угол β на θ (рисунок 2.7).  0   y cos1 cos  arctg  1   12 A y1  H1 sin  arctgA  ,Hsin1 arctg  1 A(2.40)L2L1θuwβx1Рисунок 2.7 – К расчету углового коэффициента облученности для вертикальнойориентации единичной площадки при отклонении пламени под действием ветраТаким образом, в случае ориентации единичной площадки по нормалик направлению ветра (рисунок 2.8 б) получено следующее выражение:   / 2 1  H1 sin    arctg  AHcos   1AHsin1 arctg  A 1  2 , 1 sin  actg A  1 cos A  H1  1 sin    arctg  B где A  H 12 cos 2   y12 ; B  21 cos2   y12 .(2.41)62θuwа)ReceptorH1Δ1θuwб)ReceptorH1x1Δ1x1Рисунок 2.8 – К расчету углового коэффициента облученностипри ветровом воздействииРезультаты приведенных выше исследований [4], [6], [50], [52]–[73],[75]–[78] нашли свое применение в нормативных документах по пожарной и промышленной безопасности [41], [79], [105], [106].2.2 Теоретическое обоснование метода решения задачиВ соответствии с [35], [36], [38], [40], [42] стационарные лафетные стволыследует устанавливать на расстоянии не менее 15 м от железнодорожных путейсливоналивных эстакад (СНЭ) и рекомендуется оборудовать водопленочнымизащитными экранами (ВПЭ) [35], [40], обеспечивающими снижение плотностипадающего лучистого теплового потока (далее плотность лучистого потока) пламени при пожаре на ствольщика в специальной защитной одежде пожарногодо допустимых значений (не более 5 кВт/м2) [35].

Однако требований к конструктивному исполнению этих экранов и их гидравлическим параметрам в нормативных документах не приводится. Таким образом, для обоснования параметров ВПЭнеобходимо определить плотность лучистого потока на расстоянии 15 мот железнодорожных путей СНЭ при пожаре пролива нефтепродукта.63Проведение натурных экспериментов для достижения поставленной целисвязано с большими трудностями и высокой опасностью для жизни и здоровья ихучастников. Способы, применяемые в существующих на сегодняшний день методиках [41], [79], [105], [106] по определению параметров процессов горениянефтепродуктов, не позволяют получить достоверные результаты, так как реализованы на основании эмпирических и полуэмпирических методов и не учитываютвлияние геометрических характеристик ЖДЦ, находящейся над очагом пожарапролива, на структуру пламени [109].Необходимо отметить, что процессы горения, образования сажи, тепловогоизлучения пламени и его рассеяния в атмосфере отличаются сложным взаимнымвлиянием, которые учесть в рамках упрощенных аналитических соотношенийпрактически невозможно.

Все это определяет необходимость использования длярешения подобного рода задач методов численного моделирования на основе пакетов вычислительной гидродинамики (CFD пакеты) [90]. При таком подходе сложная взаимосвязь тепло- и массообменных процессов, сопровождающих развитиепожара, учитывается посредством совместного решения дифференциальных уравнений переноса массы, импульса, энергии и турбулентных характеристик [80].Для моделирования пожара пролива и прогнозирования плотности лучистого потока на расстоянии 15 м от железнодорожных путей СНЭ было принято решение использовать один из наиболее современных пакетов вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent, который содержит широкий набор верифицированныхмоделей, обеспечивающих получение точных результатов для широкого кругазадач [81], [87], [88].Для решения данной задачи были использованы: модель турбулентностиDES (Detached Eddy Simulation); модель горения Eddy Dissipation, модель излучения Discrete Ordinates и модель образования сажи Moss-Brookes [81], [87] с моделью окисления Lee [89], поскольку данная модель показала хорошую сходимостьс результатами проведенных ранее экспериментов [91].Ниже приводится описание использованных моделей.64Уравнения турбулентного диффузионного горенияВ основе моделирования турбулентного диффузионного горения лежитсистема уравнений Навье-Стокса для многокомпонентной реагирующей среды.Указанная система содержит уравнения неразрывности, переноса компонентов,импульса и энергии [94]: u j 0;tx j(2.42)Y u jY  Y Ra , r ;tx jx j Sc x j(2.43)ui ui u jptx jxi x j  u u j  i   x j xi  2   ij   uk x 3 k   gi ; rh u j h p   h F j,tx jt x j Pr x j x jгде  – плотность;t – время;u j – проекция вектора скорости на ось x j ;x j – координата;Y – массовая доля i-го компонента смеси;Sc – число Шмидта;Ra , r – источниковый член химической реакции для α-го компонента;p – давление; – коэффициент молекулярной динамической вязкости; ij – символ Кронекера;g i – проекции вектора ускорения свободного падения на координатные оси;h – массовая энтальпия;Pr – число Прандтля;F jr – радиационный тепловой поток в направлении оси x j .(2.44)(2.45)65Модель турбулентностиТурбулентные флуктуации учитывалась с использованием модели DES(Detached Eddy Simulation) [81], [87].

Характеристики

Список файлов диссертации