Оценка безопасных условий эксплуатации промышленных объектов при наличии взрыва с применением прогноза математической модели ударной трубы

Abstract

RU: Цель. Взрывы газовоздушной среды в зданиях и подземных сооружениях (например, в выработках угольных шахт) являются одними из самых опасных аварийных ситуаций промышленных предприятий, связанных с использованием, переработкой или добычей горючих материалов. В угольных шахтах такие взрывы могут происходить не только в процессе эксплуатационных работ, но и во время работ по ликвидации уже произошедших аварий – пожаров и взрывов метана на добычных и проходческих участках.Для надежного расчета устойчивости промышленных объектов, сооружений защищающих горноспасателей или ликвидаторов аварий от повторных взрывов, необходимо знать достоверные параметры опасных факторов взрывных воздушных волн, а именно избыточное давление, импульс взрыва действующий на взрывозащитное сооружение и другие параметры. Цель работы – обоснование критериев адекватности и установление сходимости результатов численного счета для математической модели зажигания и взрыва газовоздушных смесей по результатам численного эксперимента. Методика. Анализ и обобщение теоретических исследований, математическое моделирование газодинамического процесса взрыва газовоздушной смеси в закрытом объеме. Результаты. Рассмотрены существующие экспериментальные и теоретические исследования по определению давления взрыва в замкнутом объеме при обосновании возможности применения математической модели ударной трубы в оценке безопасных условий эксплуатации промышленных объектов производств, которые используют или перерабатывают горючие жидкости и вещества, образующие взрывчатую пыль, а также для условий эксплуатации зданий и сооружений где используется горючие газы (например, для отопления). Приняты критерии оценки адекватности математической модели ударной трубы приняты в соответствии с известным подходом для моделей процессов горения. Научная новизна. В работе установлен четвертый уровень адекватности для математической модели ударной трубы в первом этапе по оценке статических параметров в численных экспериментах. Произведен численный расчет давления взрыва газовоздушной смеси в закрытом объеме. Практическая значимость. Результаты численного эксперимента позволяют установить достоверные значения давления взрыва газовоздушной смеси в закрытом объеме и таким образом оценить факторы риска безопасной эксплуатации промышленных объектов.

UK: Ціль. Вибухи газоповітрянного середовища в будинках і підземних спорудах (наприклад, у виробках вугільних шахт) є одними із самих небезпечних аварійних ситуацій промислових підприємств, пов'язаних з використанням, переробкою або видобутком горючих матеріалів. У вугільних шахтах такі вибухи можуть відбуватися не тільки в процесі експлуатаційних робіт, але й під час робіт з ліквідації аварій які вже відбулися, – пожежі та вибухи метану на видобувних і прохідницьких дільницях. Для надійного розрахунку стійкості промислових об'єктів та споруджень, що захищають гірничорятувальників або ліквідаторів аварій від повторних вибухів, необхідно знати достовірні параметри небезпечних факторів вибухових повітряних хвиль, а саме надлишковий тиск, імпульс вибуху, що діє на спорудження та інші параметри. Ціль роботи – обґрунтування критеріїв адекватності й установлення збіжності результатів чисельного рахунку для математичної моделі запалювання й вибуху газоповітряних сумішей за результатами чисельного експерименту. Методика. Аналіз і узагальнення теоретичних досліджень, математичне моделювання газодинамічного процесу вибуху газоповітряних сумішей в закритому об’ємі. Результати. Розглянуто існуючі експериментальні й теоретичні дослідження з визначення тиску вибуху в замкнутому об’ємі при обґрунтуванні можливості застосування математичної моделі ударної труби в оцінці безпечних умов експлуатації промислових об'єктів виробництв, які використовують або переробляють горючі рідини й речовини, що утворять вибуховий пил, а також для умов експлуатації будинків і споруджень де використовуються горючі гази (наприклад, для опалення). Прийнято критерії оцінки адекватності математичної моделі ударної труби прийняті відповідно до відомого підходу для моделей процесів горіння. Наукова новизна. У роботі встановлений четвертий рівень адекватності для математичної моделі ударної труби в першому етапі по оцінці статичних параметрів у чисельних експериментах. Виконано чисельний розрахунок тиску вибуху газоповітряної суміші в закритому об’ємі. Практична значимість. Результати чисельного експерименту дозволяють установити достовірні значення тиску вибуху газоповітряної суміші в закритому об’ємі й у такий спосіб оцінити фактори ризику безпечної експлуатації промислових об'єктів.

EN: Purpose. The explosions of gas-air environment in buildings and underground structures (for example, in coal mines) are among the most dangerous industrial accidents related to the use, processing or production of combustible materials. The coal mine such explosions can occur not only in the course of maintenance work, but also during the work on the liquidation has occurred accidents - fires or explosions of methane in the mining and tunneling sites. To reliably calculate the stability of industrial facilities, installations protecting rescuers and emergency workers from repeated explosions, you must know the accurate parameters of the hazards of explosive air waves, namely the overpressure blast impulse acting on the protective structure, and other parameters. Purpose - to study the adequacy of the criteria and the establishment of the convergence of the numerical calculation results of a mathematical model of ignition and explosion of the gas mixture as a result of numerical experiment. Method. Analysis and synthesis of theoretical studies, mathematical modeling of the dynamic processes of the explosion gas mixture in a closed volume. Results. The existing experimental and theoretical studies on the explosion pressure in a closed volume in justifying the use of a mathematical model of the shock tube to assess the safe operating conditions of industrial production facilities that use or recycle flammable liquids and substances that form combustible dust, as well as to the operating conditions of buildings and facilities where flammable gases are used (eg for heating). Adopted the criteria for assessing the adequacy of the mathematical model of the shock tube adopted in accordance with well-known approach to models of combustion processes. Scientific novelty. In the fourth set the level of adequacy of the mathematical model of the shock tube in the first stage of the evaluation of static parameters in numerical experiments. Produced by a numerical calculation of the explosion pressure gas mixture in a closed volume. Practical meaningfulness. Numerical experimental results allow us to establish reliable explosion pressures and gas mixture in a closed volume, and thus to evaluate risk factors for the safe operation of industrial facilities.