Главная » 2014 » Июнь » 30 » Скачать Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности. Тюменев, бесплатно
0:01 AM
Скачать Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности. Тюменев, бесплатно
Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности
Диссертация
Автор: Тюменев, Тимур Равильевич
Название: Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности
Справка: Тюменев, Тимур Равильевич. Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности : диссертация кандидата технических наук : 05.26.03 / Тюменев Тимур Равильевич; [Место защиты: Казан. гос. технол. ун-т] - Казань, 2008 - Количество страниц: 149 с. ил. Казань, 2008 149 c. :
Объем: 149 стр.
Информация: Казань, 2008
Содержание:
Основные сокращения и обозначения
1 Рассеяние примесей в атмосфере
11 Факторы, влияющие на распространение примеси в атмосфере
12 Атмосферная турбулентность
121 Механизм турбулентности
122 Приземный слой и изменение ветра с высотой
13 Практические исследования поведения газов
131 Особенности поведения газов при высвобождении
132 Натурные испытания
14 Обзор расчетных методик
141 Модель ГГО
142 Гауссовские модели
143 Интегральные модели
Выводы по главе
2 Модель турбулентного рассеяния газа
21 Фундаментальные уравнения сохранения
22 Влияние турбулентности на уравнения Навье-Стокса
23 Модели турбулентности
231 к-е модель
232 Модель рейнольдсовых напряжений
233 Модель крупных вихрей
234 Выбор модели
24 Моделирование пристеночных течений
25 Определение свойств веществ
26 Итоговая система уравнений
Выводы по главе
3 Вычислительный метод
31 Метод дискретизации
311 Обобщенное дифференциальное уравнение
312 Расчёт поля течения
32 Построение расчётной области Расчётная сетка
321 Требования, предъявляемые к сетке
33 Граничные условия Шероховатость
34 Выбор шага по времени
35 Источники погрешностей 8
Выводы по главе
4 Результаты численного моделирования
41 Проверка достоверности математической модели
411 Верификация с данными экспериментов «Пустыня Тортоис»
412 Верификация с данными экспериментов «Голдфиш»
413 Сравнение с другими численными моделями
42 Поведение лёгких газов
421 Опыты с аммиаком
422 Опыты с застройкой
423 Опыты с фтороводородом
43 Поведение нейтральных газов
431 Опыты с моноксидом углерода
432 Опыты с этиленом и этаном Влияние рельефа местности
44 Поведение нагретых тяжёлых газов
441 Опыты с нагретым сероводородом
442 Опыты с нагретыми диоксидом и триоксидом серы
443 Результаты численных экспериментов с нагретыми тяжёлыми газами
Выводы по главе
Введение:
Актуальность проблемы. Химические предприятия и объекты с оборотом опасных химических веществ, таких как аммиак, этилен, сероводород и др., в случае их аварийного высвобождения, представляют значительную угрозу, как для гражданского населения, так и для работников самого предприятия. Поэтому принятие мер по снижению таких рисков, а также по минимизации последствий аварий, являются важнейшими задачами. Для решения важнейшей задачи пожарной и промышленной безопасности объектов химической промышленности - уменьшение людских и материальных потерь, необходимо заранее знать возможное развитие чрезвычайной ситуации. Для этого разработаны методики расчета распространения примесей в приземном слое атмосферы. Однако существующие инженерные методики не могут в достаточной мере учитывать такие важные факторы как рельеф и шероховатость местности, наличие застройки, состояние атмосферы.Применение математического моделирования позволяет спрогнозировать распространение примесей в атмосфере с учетом реальных условий местности и метеорологических параметров на конкретном объекте.Все газы в зависимости от их плотности относительно воздуха принято делить на тяжелые, нейтральные и легкие. По тяжелым газам в последние годы было проведено немало исследований. Проводилось большое количество полевых испытаний (например, «Остров Торни», «Мэплинские отмели», «Бурро»), разработаны математические модели и инженерные методики (Токси-2, Токси-3) поведения тяжелого газа. Однако по легким (например, аммиак, фтороводород) и нейтральным (этан, этилен, моноксид углерода) газам, которые могут представлять не меньшую опасность, в плане возникновения опасных приземных концентраций, количество работ значительно меньше. Также мало исследовано поведение нагретых тяжелых газов. Поэтому создание новой методики, которая учитывала бы все факторы, влияющие на распространение примеси в атмосфере, является актуальной задачей.Целью диссертационной работы является разработка методики прогнозирования распространения облаков легких и нейтральных газов в случае их аварийного высвобождения на предприятиях и объектах с оборотом опасных химических веществ, с учетом рельефа местности, застройки, скорости ветра, состояния атмосферы, а также исследование общих закономерностей поведения легких и нейтральных газов.Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать математическую модель распространения лёгких и нейтральных примесей с учётом рельефа местности, застройки, скорости ветра и состояния атмосферы.2. Обосновать применение разработанной модели, верифицировав её по опубликованным результатам полевых испытаний.3. Провести численные опыты по распространению лёгких и нейтральных газов с различным рельефом, скоростью ветра и состоянием атмосферы, наличием и отсутствием застройки.Методом решения поставленных задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на ЭВМ при помощи расчётного комплекса FLUENT®.Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса, а также удовлетворительным согласованием результатов расчёта с опубликованными данными натурных экспериментов.Научная новизна.1. Построена математическая модель для описания процессов распространения облаков легких и нейтральных газов с учетом физических свойств веществ, фазового перехода при вскипании сжиженных газов, рельефа местности, застройки, а также теплообмена с подстилающей поверхностью.2. Разработана и верифицирована методика расчета распространения облаков опасных химических веществ при залповых и продолжительных аварийных выбросах при авариях на химических предприятиях.3. Впервые установлено влияние и оценена степень влияния таких факторов, как скорость ветра, температура вещества, устойчивость атмосферы и рельеф подстилающей поверхности на распространение легких и нейтральных газов. В частности установлено, что для аммиака опасная скорость ветра составляет 5 м/с и выше, а не 1 м/с.4. Впервые численно исследовано поведение облаков нагретых тяжелых газов. Установлено, что несмотря на то, что в нагретом состоянии их плотность примерно равна плотности воздуха, облака обладают положительной плавучестью, которая позволяет им распространяться на значительные расстояния от источника, что может повлечь за собой образование опасно высоких концентраций в отдалении от источника.Практическая ценность. Предлагаемая методика может применяться для расчета зон токсического поражения, как для действующих химических предприятий и объектов с оборотом опасных химических веществ, так и при проектировании новых, при разработке следующих документов: планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций, деклараций промышленной безопасности, паспортов безопасности, при разработке мероприятий по защите персонала предприятия и населения.Результаты работы использовались при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций, а также паспортов безопасности для ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Нижнекамский НПЗ», парка хранения аммиака ОАО «Менделеевсказот».Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались: - на Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Актуальные проблемы образования, науки и производства» (г. Нижнекамск, 13-14 апреля 2006 г.); - на XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» — ММТТ-19 (г. Воронеж, 30 мая — 2 июня 2006 г.); - на XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-20 (г. Ярославль, 29 мая -1 июня 2007 г.); - на Международной научной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» (г. Иваново, 3-5 октября 2007 г.).По теме диссертации опубликовано 8 работ [6-13].Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 149 страниц, включая 6 таблиц, 75 рисунков, в т.ч. 51 в приложении. Библиографический список использованной литературы составляет 107 наименований.Автор искренне признателен научному руководителю зав. каф. МАХП д.т.н., проф. С И . Поникарову и асе. каф. МАХП КГТУ к.т.н. А.Д. Галееву за постоянную помощь и поддержку в работе.