Повышение безопасности при развитии аварии путем моделирования процесса воспламенения газовоздушной смеси

Abstract

RU: Цель. Апробация численной модели ударной трубы в прогнозировании развития аварийной ситуации выбросов газа путем оценки достоверности выполнения установленных критериев инициирования для газового взрыва. Методика. Анализ и обобщение теоретических исследований, численное моделирование газодинамического процесса зажигания газовоздушной смеси. Результаты. Выполнена постановка задачи воспламенения газовоздушной смеси от объемного источника имеющего различную природу: твердое тело, нагретый газ, вспышка газа в небольшом объеме. Определены граничные условия для сферического источника зажигания. Решения задачи выполнено численным методом «метод крупных частиц», в котором для моделирования процессов горения использовалось уравнение Аррениуса. В результате получена динамическая картина процесса зажигания газовоздушной смеси для различных условий: температуры и размера источника зажигания, процентного содержания и вида горючего газа, содержания окислителя (кислорода) в газовоздушной смеси. Произведен сравнительный анализ результатов численного эксперимента и аналитического решения задачи. Показана схо-димость численного метода с результатами аналитического решения. Научная новизна. Получено численное решение задачи зажигания газовоздушной смеси в матеметической модели ударной трубы модифицированным методом «метод крупных частиц». Рассмотрена динамика процесса зажигания газовоздушной смеси в ударной трубе. Произведена оценка достоверности математической модели ударной трубы в сравнении с аналитическим решением. Аналитическое решение получено на основе тепловой теории зажигания и квазистатического подхода методом интегрального баланса. Практическая значимость. Полученное решение позволяет выполнить анализ точности вычислительного процесса методики численного расче-та газодинамических параметров распространения ударных воздушных волн в части инициирования горения и взрыва газо-воздушных смесей. Выполненный анализ точности вычислительного процесса позволяет применять численный метод в практических расчетах нахождения безопасных расстояний от очагов взрыва при ликвидации или прогнозировании последствий аварийных ситуаций.

UK: Ціль. Апробація чисельної моделі ударної труби у прогнозуванні розвитку аварійної ситуації викидів газу шляхом оцінки вірогідності виконання встановлених критеріїв ініціювання для газового вибуху. Методика. Аналіз і узагальнення теоретичних досліджень, чисельне моделювання газодинамічного процесу запалювання газоповітряної суміші. Результати. Виконана постановка задачі запалення газоповітряної суміші від об'ємного джерела, що має різну природу: тверде тіло, нагрітий газ, спалах газу у невеликому обсязі. Визначені граничні умови для сферичного джерела запалювання. Розв'язок задачі виконано чисельним методом "метод великих часток", у якому для моделювання процесів горіння викорис-товувалося рівняння Арреніуса. У результаті отримана динамічна картина процесу запалювання газоповітряної суміші для різних умов: температури й розміру джерела запалювання, процентного вмісту й виду горючого газу, змісту окиснювача (кисню) у газоповітряній суміші. Зроблений порівняльний аналіз результатів чисельного експерименту й аналітичного розв'язку задачі. Показана збіжність чисельного методу з результатами аналітичного рішення. Практична значимість. Отримане рішення дозволяє виконати аналіз точності обчислювального процесу методики чисельного розрахунків газодинамічних параметрів поширення ударних повітряних хвиль у частині ініціювання горіння й вибуху газоповітряних сумішей. Виконаний аналіз точності обчислювального процесу дозволяє застосовувати чисельний метод у практичних розрахунках зна-ходження безпечних відстаней від вогнищ вибуху при ліквідації або прогнозуванні наслідків аварійних ситуацій.

EN: Purpose. Validation of the numerical model of the shock tube in predicting the development of an emergency gas emissions by assessing the reliability of compliance with established criteria for the initiation of a gas explosion. Method. Analysis and synthesis of theoretical studies, numerical modeling of gas-dynamic process, the ignition gas mixture. Results. Completed setting ignition problem-gas mixture from the bulk source having a different nature: solid, heated gas, gas flare in a small volume. Defined boundary conditions for a spherical source of ignition. Decisions task performed by a numerical method of "large particles method," in which the Arrhenius equation was used for the simulation of combustion processes. The result is a dynamic picture of the process of the ignition gas mixture for various conditions: the temperature and the ignition source size, percentage and type of combustible gas, the content of the oxidant (oxygen) in the gas mixture. The convergence of a numerical method with the results of the analytical solution. Scientific novelty. The numerical solution of gas-air mixture ignition in the shock tube model matemeticheskoy modified method of "large particles method". The dynamics of the process of ignition of gas-air mixture in the shock tube. An assessment of the reliabil-ity of the mathematical model of the shock tube in comparison with the analytical solution. The analytical solution is obtained on the basis of the theory of thermal ignition and static approach by the integral balance. Practical meaningfulness. The resulting solution makes it possible to analyze the accuracy of the computing process methods of numerical simulation of gasdynamic parameters of shock waves in the air of the initiation of combustion and explosion of gas-air mixtures. The analysis of the accuracy of the computational process allows the use of numerical methods in practical calculations of finding a safe distance from the centers of the explosion in the liquidation or predicting the consequences of accidents.