Расчет распространения взрывных воздушных волн в протяженных сооружениях с учетом диссипации внутренней газового потока

Abstract

RU: Одним из основных поражающих факторов взрыва газовоздушных смесей, в условиях подземных сооружений угольных шахт, является ударная воздушная волна. Для расчета взрывозащитных сооружений существует нормативная база, которая опирается на экспериментальные данные. Однако проблема установления достоверных параметров распространения ударной воздушной волны остаётся актуаль­ной. Одним из перспективных направлений в расчете задач резко нестационарных процессов является использование численных методов. В настоящее время предложено решение задачи распространения взрывных волн по горной выработке с помощью схемы численного счета уравнений газодинамики модифицированным методом «крупных частиц». В задаче учитывается фактор падения энергии движения газового потока за счет вовлечения в движение возрастающих с расстоянием воздушных масс и за счет действия сил трения потока газа о стенки выработки. Необходимо развитие математической модели процесса распространения ударных воздушных волн по горным выработкам путем обоснования методики расчета параметров их затухания с учетом теплоотдачи потока в стенки выработки. Анализ и обобщение теоретических исследований, математическое моделирование газодинамических процессов распространения взрывных воздушных волн в протяженных сооружениях. Обоснована методика расчета параметров распространения ударных воздушных волн по горным выработкам с учетом теплоотдачи потока в стенки выработки. Предложена методика пригодная для использования в схеме численного счета модифицированным методом крупных частиц. В работе усовершенствована численная схема газодинамического расчета в которой предлагается, на эйлеровом этапе, моделирование теплового взаимодействия газового потока со стенками выработки в виде теплового баланса между внутренней энергией всего объема газового потока и отводом тепла в стенки канала, основанного на законе сохранения энергии. Полученная схема численного счета позволяет в полной мере учесть все физические факторы влияющие на процесс распространения взрывных воздушных волн и на основании этого проводить численный эксперимент для получения оперативных и достоверных параметров взрывной волны.

UK: Одним з основних вражаючих факторів вибуху газоповітряних сумішей, в умовах підземних споруд вугільних шахт, є ударна повітряна хвиля. Для розрахунку вибухозахисних споруд існує нормативна база, яка спирається на експериментальні дані. Однак проблема встановлення достовірних параметрів поширення ударної повітряної хвилі залишається актуальною. Одним з перспективних напрямків в розрахунку задачі нестаціонарних процесів є використання чисельних методів. В даний час запропоновано рішення задачі поширення вибухових хвиль по гірничим виробкам за допомогою схеми чисельного рахунку рівнянь газодинаміки модифікованим методом «великих часток». У задачі враховується фактор падіння енергії руху газового потоку за рахунок залучення в рух зростаючих з відстанню повітряних мас і за рахунок дії сил тертя потоку газу об стінки виробки. Необхідно зробити розвиток математичної моделі процесу поширення ударних повітряних хвиль по гірничих виробках шляхом обґрунтування методики розрахунку параметрів їх загасання з урахуванням тепловіддачі потоку в стінки виробки. Аналіз і узагальнення теоретичних досліджень, математичне моделювання газодинамічних процесів розповсюдження вибухових повітряних хвиль в протяжних спорудах. Обґрунтовано методику розрахунку параметрів поширення ударних повітряних хвиль по гірничих виробках з урахуванням тепловіддачі потоку в стінки виробки. Запропонована методика придатна для використання в схемі чисельного розрахунку модифікованим методом крупних частинок. У роботі вдосконалена чисельна схема газодинамічного розрахунку в якій пропонується, на ейлеревому етапі, моделювання теплового взаємодії газового потоку зі стінками виробки у вигляді теплового балансу між внутрішньою енергією всього обсягу газового потоку і відведенням тепла в стінки каналу, заснованого на законі збереження енергії. Отримана схема чисельного рахунку дозволяє повною мірою врахувати всі фізичні фактори, що впливають на процес поширення вибухових повітряних хвиль і на підставі цього проводити чисельний експеримент для отримання оперативних і достовірних параметрів вибухової хвилі.

EN: In the conditions of coal mines underground building one of the main affecting factor of gas-air mixture explosion is a shock air wave. For the computation of explosion protective buildings there exist a normative base, which is rested upon experimental data. However, a problem of estimation of a shock air wave propagation reliable parameters still stays urgent. One of the prospective direction in computation of sharply nonsteady tasks is the numerical methods usage. Nowadays there has been offered a solution of a problem of shock waves propagation in a mine excavation with the help of a numerical account scheme of gas dynamic equations by a “coarse parts” modification method. In a task there is taken into account a factor of gas stream movement energy descent subject to involvement in a movement increasing due to distance air masses and subject to action of gas stream friction forces of excavation walls. It is required a development of a process mathematic model of shock air waves propagation along mine workings by substantiation a method of parameters computation of their attenuation due to stream heat exchange to excavation walls. Analysis and generalization of theoretical researches, mathematical modeling of gas dynamic processes of shock air waves propagation in lengthy buildings. Findings. There has been substantiated a computation method of shock air waves propagation parameters along mine workings subject to stream heat exchange to excavation walls. Originality. In a work there has been improved a numerical scheme of gas dynamic computation, in which on Euler stage, there is offered a modeling of heat exchange of gas stream with excavation walls as a heat balance between internal energy of a gas stream whole volume and heat withdrawal in the channel walls, based on the law of conservation of energy. An obtained scheme of a numerical account allows taking into account all physical factors affecting on the shock air waves propagation process and carrying out a numerical experiment for obtaining prompt and reliable parameters of shock wave.