ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Численный анализ параметров пожара на газопроводе в условиях открытой местности из "Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов" Для численной оценки параметров горения метановоздушной смеси на открытой местности воспользуемся классической турбулентной моделью диффузионного горения предварительно неперемешанных газов в режиме турбулентного факела [181]. В данной модели горения фронт пламени локализуется на границе раздела горючее - окислитель . Физика, лежащая в основе этого явления, достаточна проста. Горючее и окислитель диффундируют в зону пламени, в которой химические реакции преобразуют их в продукты реакций, что сопровождается вьщелением энергии. Процессы взаимной диффузии горючего и окислителя ускоряются за счет интенсивного турбулентного перемешивания. Продукты реакций диффундируют и переносятся турбулентными вихрями, а энергия рассеивается из зоны реакций как в горючее, так и в окислитель. [c.381] Здесь следует отметить, что вместо уравнения (4.46д), для повышения точности моделирования, следовало бы использовать уравнение, записанное для осредненной скорости реакции (см. Раздел 4.3.1). Механизм такого осреднения с использованием статистического подхода изложен в работе [181]. Его применение приводит к появлению в системе (4.46) нового уравнения переноса функции плотности вероятности, что существенно осложняет решение практических задач (на современном этапе развития и доступности компьютерной техники это делает решение производственных задач ТЭК практически невозможным). Поэтому в данном случае мы вынуждены идти на снижение адекватности моделирования процессов горения и использовать уравнение (4.46д). Аналогичный упрощенный подход применяется во многих широко известных коммерческих программных продуктах, например, в Star- D [214] и FX [215. [c.383] В качестве начальных условий выбирается квазистационарное распределение параметров, удовлетворяющее граничным условиям при отсутствии истечения газа из аварийного трубопровода. [c.384] Если в расчетной области на поверхности грунта находится объект (например, участок соседнего газопровода), подверженный тепловому воздействию от пламени, то необходимо задать дополнительные условия сопряжения. Эти условия будут связывать поток лучистой энергии, тепловой поток в стенке трубы и конвективный теплообмен в пристенном слое при заданном поле степеней черноты внешней стенки рассматриваемого участка газопровода. Термодинамические граничные условия третьего рода задаются на внутренней поверхности стенки газопровода. Температура природного газа в трубе оценивается в результате решения сопряженной задачи с использованием ГДС (см. Главу 2 и [224]). Начальные термодинамические условия задаются в виде некоторого известного поля температур стенки газопровода и природного газа внутри него. [c.384] В зависимости от выбора тех или иных допущений относительно коэффициентов переноса получаются различные приближения исходной задачи. Таким образом, несмотря на строгость и полную эквивалентность дифференциальной задачи исходной, дифференциальные методы относятся к приближенным методам, в которых, как правило, коэффициенты переноса уточняются в процессе итеративного решения задачи [230, 234]. [c.385] При корректной постановке задачи радиационного теплообмена необходимо принимать во внимание зависимость оптических свойств среды от частоты излучения [236. Для этой цели можно использовать модель спектральных полос [236]. Согласно данной модели коэффициенты поглощения, а также свойства поглощения (отражения) границ и все оптико-геометрические инварианты излучения предполагаются постоянными в пределах каждой частотной полосы А у. [c.388] При рассмотрении модельного серого излучения индексы у опускаются. [c.388] При численном анализе пожара с использованием уравнения (4.73) применяется широко известное толсто-тонкое приближение, в котором для оптически толстых и оптически тонких компонентов решение осуществляется на основе диффузионного приближения и модели объемного высвечивания соответственно [236. [c.389] На рис. 4.8 под различными углами зрения показан трехмерный временной срез поля относительных массовых концентраций метана, соответствуюгцих стехиометрической смеси (7 =0,0548 для метана [6]). Такой выбор значения относительной массовой концентрации объясняется тем, что в этом случае нам удается оценить минимальные размеры факела. На рис. 4.7 и 4.8 мы видим хорошее качественное совпадение формы пламени в реальности и гфи численном моделировании. Расчет параметров пожара в данном случае был гфоведен В.Е. Селезневым и К.И. Дикаревым. [c.390] Для определения условной границы зоны пламени (факела) система уравнений (4.46) решается представленным выше интегро-интерполяционным методом A.A. Самарского [69], дополненным соответствующими алгоритмами решения интегро-дифференциальных уравнений переноса излучения (4.46л). Для указанных систем уравнений ГУ задаются на границе подобласти пламени. [c.391] Условная граница зоны пламени строится как охватывающая поверхность, в которую включается видимая зона факела и невидимая зона завершения горения в факеле. [c.392] Как известно, видимой в факеле является так называемая зона воспламенения, в которой происходит зажигание смеси и одновременное сгорание уже воспламененных объемов газа [181]. В зоне завершения горения наблюдается практически полное сгорание топлива, догорание сажи (см. (4.45)) (или иных продуктов горения при многостадийных реакциях), а также достигается равновесие между молекулами водяного пара, углекислого газа и продуктами их диссоциации. Размеры зон воспламенения и завершения горения метановоздушной смеси в пламени можно оценить по результатам численного решения системы уравнений (4.46). [c.392] После построения условной поверхности пламени (факела) осуществляется переход к так называемому твердотельному моделированию излучения факела, часто применяемому в инженерных методах оценки пожарной опасности промышленных объектов 162]. Температура условной поверхности факела в данном случае определяется по результатам численных расчетов с помощью интерполяции значений температур в узлах расчетной сетки, расположенных по обе стороны от поверхности факела. Распределение степеней черноты условной поверхности факела определяется аналогичным образом с использованием результатов расчета полей степеней черноты продуктов горения в подобласти пламени. [c.392] Анализ теплового воздействия излучения от факела на людей и прилегающие к месту аварии объекты в твердотельном приближении, по предложению В.Е. Селезнева и С.В. Фотина, производится с применением метода смены квазистационарных состояний [4, 239]. [c.392] Вернуться к основной статье