ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование эволюции облаков топливно-воздушной смеси из "Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов" Токсическое (или удушающее) воздействие выбрасываемых при аварии газов или паров транспортируемых жидкостей (см. Раздел 4.5.2) на человека и представителей фауны, прежде всего, определяется типом транспортируемого по трубопроводам продукта и динамикой изменения его концентрации в атмосфере в зоне аварии. Это связано с тем фактом, что при анализе эксплуатации трубопроводных сетей ТЭК, процессами конденсации в выбрасываемых газах и окружающей атмосфере в первом приближении можно пренебречь . [c.348] СОВ продуктов при авариях в трубопроводных сетях ТЭК здесь понимается опасность возникновения и распространения неуправляемого процесса горения по топливно-воздушной смеси, образовавшейся при нарушении технологических процессов транспортирования горючих продуктов (см. [162]). [c.349] С учетом вышесказанного, в данном Разделе основное внимание уделяется численному моделированию механизмов выбросов транспортируемого горючего газа (паров транспортируемого углеводородного топлива) и его распространения в помещениях и на территории объектов ТЭК, сопровождающегося формированием облаков горючей (взрывоопасной) топливно-воздушной смеси. Меры снижения пожаровзрывоопасности на объектах ТЭК в данном случае рассматриваются только для начальных стадий развития аварийных ситуаций, т.е., для этапов формирования горючих топливно-воздушных смесей. Инициирование горючих смесей с последующим развитием пожара или взрыва будет рассмотрено ниже. [c.349] При этом краевые условия задачи должны отражать состояние атмосферы рельеф местности и/или геометрию помещения геометрию и расположение источника истечения (испарения) режим функционирования источника истечения (испарения) геометрию и расположение источника возможного зажигания (например, искусственно нагреваемой поверхности или имитатора электрической искры) режим функционирования источника зажигания, и т,д. [c.349] Пространственно-временные поля абсолютных температур в расчетной области необходимы для последующего анализа возможности инициирования горючей топливновоздушной смеси. Здесь также следует отметить, что представленная выше формулировка задачи остается неизменной при анализе токсической опасности и пожаровзрывоопасности организованных выбросов горючих газов (например, организованных выбросах природного газа на ГРС или КС) [54. [c.349] Решение задачи многоскоростной газодинамики на современном уровне развития компьютерной техники требует значительных вьшислительных ресурсов. Поэтому практическая задача прогнозирования токсической опасности и пожаровзрывоопасности при авариях на трубопроводах может быть решена только в упрощенном диффузионном приближении. [c.349] Рассмотрим вышеизложенные соображения более подробно. При математическом моделировании распространения горючих газов (паров) в окружающей среде при истечении из поврежденных трубопроводов необходимо решить набор трехмерных задач нестационарного неизотермического течения двухкомпонентной газовой смеси, где одна компонента представляет горючий газ (пар), другая - атмосферный воздух . В расчетах топливно-воздушная смесь рассматривается как гомогенная смесь. В первом приближении воздух, горючий газ и топливно-воздушная смесь считаются совершенными газами [163, 164]. [c.350] Это возможно, т.к. отношение С /Рг приблизительно постоянно для большинства газов [63]. [c.351] При осреднении по времени в уравнениях возникают новые члены, которые можно интерпретировать как градиенты кажущихся добавочных напряжений и тепловых потоков. Эти новые величины должны быть связаны с характеристиками осредненного течения посредством моделей турбулентности, что приводит к новым гипотезам и аппроксимациям. [c.352] Уравнения Рейнольдса формируются в два этапа. Сначала производится разложение зависимых переменных в уравнениях (4.7) на осредненные по времени величины (взвешенные или не взвешенные), полученные на соответствующем интервале времени, и пульсационные компоненты. Затем каждое уравнение системы (4.7) осредняется по времени. [c.352] Рейнольдса, кажущиеся турбулентные тепловые потоки -р-и У-Н - тепловыми потоками Рейнольдса [166. [c.354] Уравнения (4.11, 4.13 - 4.16) не могут быть решены в том виде, как они записаны. Это связано с тем, что напряжения Рейнольдса и тепловые потоки Рейнольдса следует считать новыми неизвестными. Необходимо принять гипотезу замыкания для кажущихся турбулентных напряжений и тепловых потоков. [c.354] Члены в правой части уравнения (4.21) можно интерпретировать как диффузионный член для 8, скорость возрастания 8, скорость убывания 8, а также влияние сил тяжести на изменение 8. [c.356] Значения эмпирических констант в уравнениях (4.176, 4.19 - 4.21) выбираются в каждом случае из соображений наилучшего соответствия результатов расчета модельному эксперименту. В табл. 4.1 указаны типичные наборы таких значений, приведенные в различных публикациях. [c.356] Разброс констант в данной таблице объясняется, вероятно, тем, что они определялись для разных типов течения. [c.356] Если рассматриваемая среда представляет собой смесь нескольких газов (газов и паров), то система уравнений (4.22), описывающая движение одно компонентно го сжимаемого газа, претерпевает некоторые изменения, и ее необходимо дополнить уравнениями для определения концентраций компонентов смеси. [c.357] Как отмечалось выше, ( -е)-модель турбулентности плохо описывает процессы течения в непосредственной близости от обтекаемых поверхностей. Это объясняется тем, что, обладая тривиальными ГУ, данная модель содержит источниковые члены, принимающие очень большие значения вблизи обтекаемой поверхности. К сожалению, в некоторых случаях даже вне зоны турбулентного слоя, в ( -е) -модели может проводиться деление двух очень малых величин при определении коэффициента турбулентной вязкости, что приводит к неестественно высоким значениям данного параметра [176]. [c.361] Для преодоления этих недостатков и повышения адекватности моделирования выбросов горючих продуктов при авариях на трубопроводах ТЭК для замыкания уравнений Рейнольдса наряду с (К-е) -моделью используется ( - )-модель турбулентности, где (о = К° - частота турбулентности, Ь - масштаб длины [177]. У ( -о)-модели турбулентности отсутствуют пристеночные функции традиционного вида. [c.361] В качестве ГУ для со используется равенство нулю производной частоты турбулентности по нормали к поверхности, что приводит к сильной зависимости вычисляемых значений со от применяемой разностной сетки. Алгоритм определения значений частот турбулентности у стенки [178] требует размещения в вязком подслое большего, чем обычно, количества узлов. Тем не менее есть примеры успешного применения ( - о) -модели турбулентности для прикладных расчетов на традиционных сетках [179]. [c.361] Здесь следует отметить, что удачный выбор параметров турбулентной модели благоприятно влияет на ее свойства. С этой целью в работе [180] вместо кинетической энергии турбулентности К используется параметр д = К° (скорость турбулентности), а вместо частоты турбулентности о параметр V =. В качестве ГУ на стенке применяется условие д = 0 и аппроксимация односторонними разностями уравнения для V в узлах расчетной сетки, совпадающих с положением твердой поверхности. Использование параметра V вместо частоты турбулентности со в сочетании с такими ГУ способствует снижению влияния разностной сетки на турбулентные параметры у стенки [176]. [c.361] Вернуться к основной статье