Оценка рассеивания опасных газов при разрушении газгольдера в условиях промышленной застройки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Механика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Оценка рассеивания опасных газов при разрушении газгольдера в условиях промышленной застройки Паршин Д. В. 1, Козлов Д. П. 2
1 Паршин Дмитрий Владимирович /Parshin Dmitrij Vladimirovich — эксперт в области экспертизы промышленной
безопасности, начальник управления-
2Козлов Дмитрий Павлович / Kozlov Dmitrij Pavlovich — эксперт в области экспертизы промышленной безопасности,
главный специалист,
ООО «ГАЗМАШПРОЕКТ» «НАГАТИНСКИЙ» (филиал в г. Москва), г. Москва
Аннотация: проведена оценка рассеивания опасных газов при разрушении газгольдера в условиях промышленной застройки на примере численного эксперимента выброса газа на острове Торни.
Ключевые слова: газ, рассеивание, численное моделирование.
Известно, что по сравнению с традиционными методиками только численное моделирование позволяет получать наиболее полную картину рассеивания газов с учетом застройки [1]. Однако в известных нам источниках не представлена полная методика оценки распространения газа в случае разрушения газгольдера и дальнейшего его рассеивания в условиях промышленной застройки вблизи зданий и сооружений.
Помимо этого, в открытой литературе образовался пробел в знаниях относительно экспериментальных данных и результатов численного моделирования атмосферного течения вокруг препятствий. Одной из возможных причин является то, что только совсем недавно лаборатории, в которых установлены аэродинамические трубы, смогли расширить свои возможности в сторону воспроизведения условий, соответствующих атмосфере. Более того, численное моделирование турбулентности в стратифицированной атмосфере до сих пор является трудной для понимания задачей численного моделирования [2].
Стоит также отметить, что наличие застройки или любого другого препятствия, которое возмущает течение атмосферы в пограничном слое атмосферы, оказывает возмущение не только на профиль ветра, но и повышает уровень турбулентности вблизи застройки за счет сдвигового напряжения в самом потоке [3]. В случае распространения газа значения концентраций зависят также от формы препятствий и расстояния между разрушенной емкостью и застройкой. Например, если газгольдер будет расположен на расстоянии, которое повлечет за собой завлечение шлейфа выброса в рециркулируемую область, находящеюся под влиянием здания, распределение концентраций в приземном слое может быть сильно изменено. Необходимо отметить и общую закономерность — увеличение границ шлейфа в боковом и вертикальном направлениях, вследствие сильного рециркуляционного движения внутри области, возмущенной зданием. Объясняется это увеличением уровня турбулентности из-за возмущения препятствия.
Автором предлагается методика, которая позволяет оценить рассеивание газов при разрушении газгольдеров с застройкой местности. Она базируется на основании моделирования пограничного слоя атмосферы и последующего моделирования выброса [3].
В целях применимости модели рассеивания газов при наличии препятствий, был рассмотрен эксперимент под номером № 26, проводимый на острове Торни [4]. В ходе эксперимента смесь фреона и азота (плотность относительна воздуха 2,0) первоначально содержалась в цилиндрической тентовой оболочке (высота — 13 м, диаметр — 14 м) и была моментально освобождена. Препятствие находилось в 50 метрах с наветренной стороны от цилиндра и имело форму куба (9 м х 9 м х 9м). Концентрации рассеивающего газа были измерены в двух различных точках: на высоте 6,4 м перед препятствием (с наветренной стороны) и на высоте 0,4 м на торце (с подветренной стороны).
Концентрации рассеивающего газа были измерены в двух различных точках: на высоте 6,4 м непосредственно перед препятствием (с наветренной стороны) и на высоте 0,4 м на задней поверхности куба (подветренной стороны). Профиль скорости ветра был задан на основе степенного закона:
иу=и* (^У 1
На высоте 10 метров у0 она была равна 1,9 м/с (uo). Значение показателя степени, l — 0,07. Шероховатость составляла 0,005 м. Устойчивость задана с учетом таблицы Паскуилла [5]. При моделировании атмосферы цилиндрический тент с газом первоначально был препятствием. Затем расчет инициализировался как нестационарный, а цилиндр моделировался уже как свободное облако газа.
Так как граничные условия турбулентных характеристик атмосферы имеют существенное влияние на развитие переходного области турбулентности, использовались их приближенные значения [б]:
k = 1 О& quot-4 U 2 т (2)
? = 1 О ~4и4т (3)
где — турбулентная кинетическая энергия, — скорость диссипации турбулентной кинетической энергии, — свободный профиль скорости ветра.
В процессе моделирования использовалась модель турбулентности k-e realizable и применялся источниковый член в уравнении для переноса кинетической энергии турбулентности [3]. На рис. 1 изображено поле турбулентной кинетической энергии после моделирования пограничного слоя атмосферы. Оказалось, что полученное поле не сильно отличается от поля, полученное учеными из Индии и Ирана,
которые в своих исследованиях использовали ту же модель k-e realizable и показали, что она лучше, чем стандартная модель k-e standart [7].
В таблице 1 проведено сравнение экспериментальных значений с данными, полученными во время моделирования.
Таблица 1. Сравнение экспериментальных значений с расчетными
Высота 6,4 м перед препятствием Высота 0,4 м на задней поверхности куба
Время, Макс. конц., Время, Макс. конц. ,
с v/v % с v/v %
Эксперимент 10 4,715 22,30 2,124
k- e realizable 15 4,621 30,00 1,973
k- e realizable1 15,5 4,446 29,50 1,889
Рис. 1. Поле турбулентной кинетической энергии после моделирования пограничного слоя атмосферы (модель k-e
realizable)
Результаты расчетов показали, что методика на основе модифицированной модели турбулентности k-e realizable позволяет применять ее и для расчетов, связанных с распространением газа при наличии застройки. Так как ранее было исследовано применение k-e моделей при различных параметрах атмосферы, зависящих от масштаба Монина-Обухова [5], то можно констатировать, что использование данной методики позволяет решить проблему моделирования распространения газа (при разрушении газгольдеров) в условиях промышленной застройки.
Литература
1. Купцов А. И. Проблемы расчета рассеивания легких газов в атмосфере при их выбросах со свечи с учетом рельефа и застройки местности и атмосферной устойчивости. / А. И. Купцов, Р. Р. Акберов, Д. Я. Исламхузин, Ф. М. Гимранов // Вестник Казанского технологического университета. — 2014. № 6. — С. 284−286.
2. Santos J. M. Numerical simulation of flow and dispersion around an isolated cubical building: The effect of the atmospheric stratification. / J. M. Santos, N. C. Reis Jr., E. V. Goulart, I. Mavroidis. Atmospheric Environment. — 2009. № 43. — P. 5484−5492.
3. Купцов А. И. Численное моделирование пограничного слоя атмосферы с учетом ее стратификации / А. И. Купцов, Р. Р. Акберов, Д. Я. Исламхузин, Ф. М. Гимранов // Фундаментальные исследования. — 2014. — №
9. — С. 1452−1460.
4. Lees f. p. (2005). in s. Mannan (Ed.), Loss prevention in the process industries hazard identification, assessment, and
control, Vols. 1−3. Oxford: Elsevier/Butterworth-Heinemann.
5. Sklavounos S., & amp- Rigas F. (2004). Validation of turbulence models in heavy gas dispersion over obstacles.
Journal of Hazardous Materials, 108 (1−2), 9−20.
6. Arntzen B. J. (1998). Modelling of turbulence and combustion for simulation of gas explosions in complex geometries. PhD thesis: Norwegian University of Science and Technology.
7. TauseefS. m. CFD-based simulation of dense gas dispersion in presence of obstacles / S. M. Tauseef, D. Rashtchian, S. A Abbasi. Journal of Loss Prevention in the Process Industries 24 (4), 371−376.
1 Данные предыдущих исследований [7]

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой