Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одним из сценариев аварийных ситуаций на промышленных объектах является выброс в атмосферу пожаровзрывоопасных веществ. В результате взрывного сгорания газовоздушной смеси образуется взрывная волна с избыточным давлением на фронте волны, что приводит к разрушениям близлежащих зданий и сооружений. В связи с этим при проектировании и строительстве зданий и сооружений на взрывоопасной территории выполняют расчёт взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрыве газовоздушных смесей.
В настоящее время существующие методики расчетов дают приближённые значения взрывных нагрузок, воздействующих на здания и сооружения. Это затрудняет строительство энергоёмких объектов (автозаправочные, газораспределительные станции и т.п.) в черте городской застройки, где требуются более точные величины от возможных взрывных воздействий. Аналогичная ситуация складывается при определении безопасных расстояний от зданий с персоналом до взрывоопасных технологических установок.
Поэтому актуальность исследования заключается в том, что необходимо более детальное изучение вопросов, связанных с аварийными взрывами газовоздушных смесей на энергоёмких объектах.
Степень разработанности темы исследования.
Вопросами взрывного сгорания газовоздушных смесей в открытом пространстве и в ограниченном объёме, а также вопросами обеспечения взрывобезопасности и взрывоустойчивости зданий и сооружений занимались как отечественные учёные (Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А., Абдурагимов И. М., Макеев В.И., Баратов А.Н., Корольченко А.Я. Карпов В.П., Мольков В.В., Вогман Л.П., Шебеко Ю.Н., Горев В.А., Мишуев А.В., Хуснутдинов Д.З. Пилюгин Л.П. и др.), так и зарубежные (D.T. Williams, L.M. Bollinger, B. Lewis, Pasman H.I., Rota R., Vasey M.W., Zalosh R.G. et all).
Цель работы: разработка методики расчёта взрывного давления для неоднородной смеси, которая формируется в процессе аварийной ситуации.
4 В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:
-
Провести анализ существующих методик определения параметров взрыва газовоздушных смесей в атмосфере;
-
Определить основные физические процессы, происходящие при взрывном горении неоднородной смеси;
-
Разработать математическую модель, описывающую взрывные нагрузки, возникающие при горении неоднородной смеси;
-
Провести апробацию разработанной модели путём сравнения с имеющимися данными других авторов и материалами экспериментов;
-
Провести расчёт взрыва по разработанной модели и показать возможности её эффективного использования на примере потенциально опасного объекта на территории Вьетнама.
Объект исследования: взрывопожароопасные объекты, на территории которых находится значительное количество горючих веществ: метан, пропан, бензин и т.д. Это могут быть заправки, топливоперевозчики, газопроводы, электроемкие промышленные установки и т.д.
Предметом исследования является дефлаграционный взрыв неоднородной газопаровоздушной смеси сформировавшейся в атмосфере при аварии.
Личный вклад автора в решение исследуемой проблемы заключается в обобщении, систематизации и развитии теоретических составляющих исследуемых вопросов, а также разработке и апробации методики, определяющей процесс формирования взрывных нагрузок. Соискателем самостоятельно получены, интерпретированы и апробированы результаты исследования. Из совместных публикаций в диссертацию включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю.
Научная новизна заключается в следующем:
-
На основе экспериментальных данных и расчетных методов разработана методика оценки параметров аварийного взрыва для неоднородной смеси.
-
Разработанный алгоритм позволяет более достоверно определить параметры взрывной нагрузки применительно к энергоёмким объектам.
5 Теоретическая значимость результатов работы: Впервые рассмотрены
особенности динамических параметров аварийных взрывов неоднородных по
составу газовоздушных смесей.
Практическая значимость и реализация результатов работы: Повышается достоверность прогнозирования взрывных нагрузок, которые могут реализоваться на энергоемких объектах.
Методология и методы исследования. В процессе выполнения работы использованы методы математического моделирования, методы физического моделирования, анализировались результаты экспериментов, и было проведено сравнение результатов расчёта по разработанной методике с результатами расчёта других авторов и с данными экспериментальных исследований.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Анализ аварийных ситуаций, связанных с взрывным горением газопаровоздушных смесей.
-
Анализ нормативных и методологических документов описывающих взрывные нагрузки, возникающие при аварийных ситуациях.
-
Физическая модель, описывающая формирование взрывных нагрузок, возникающих при взрывном горении неоднородных газовоздушных смесей.
-
Математическое описание физического процесса, возникающего при взрывном горении неоднородных смесей.
-
Апробация разработанной методологии на данных других авторов.
-
Примеры применения разработанного метода применительно к реальному взрывоопасному объекту Вьетнама.
Степень достоверности результатов исследования подтверждается тем, что результаты расчётов, выполненные по разработанной методике, соответствуют результатам расчетов, выполненных по другим методикам, подтверждаются результатами экспериментальных исследований и соответствуют последствиям реальных аварийных взрывов.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 опубликованных научных работах, из которых 2 работы опубликованы в журналах,
6 включенных Перечень в рецензируемых научных изданий, в которых должны быть
опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Перечень рецензируемых научных изданий), и 3 работы опубликовано в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web of Science, Chemical Abstracts и других, а также в тезисах докладов на международных научно-практических конференциях.
Апробация результатов. Основные результаты работы были доложены на: XVIII Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – Формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: ФГБОУ ВПО “МГСУ”, 2015); Международная научная конференция «Интеграция, партнёрство и инновации в строительной науке и образовании» г. Москва: НИУ МГСУ, 2016); IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (г. Воронеж, Воронежский институт ГПС МЧС России, 2016); XIX Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – Формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: НИУ МГСУ, 2016); XX Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство – Формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: НИУ МГСУ, 2017); XXVI R-S-P Seminar 2017 "Theoretical Foundation of Civil Engineering" (Warsaw, Poland) ; XXI Международная научная конференция «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: НИУ МГСУ, 2018).
Структура, объём работы и её основные разделы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 112 страницах машинописного текста, включает в себя 10 таблиц, 64 рисунка, список литературы из 115 наименований, 1 приложение.