УДК 614.841

ВЛИЯНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ПРИМЕСИ ГОРЮЧЕГО ВЕЩЕСТВА

Плотникова Елена Юрьевна1, Колесников Евгений Юрьевич2
1Поволжский государственный технологический университет, студент
2Поволжский государственный технологический университет, к.ф.-м.н., доцент

Аннотация
В расчетные соотношения для прогнозирования поражающих факторов аварии (например, взрыва) входит величина концентрации примеси. Однако в турбулизованной атмосфере этот параметр зависит от множества факторов и непрерывно изменяется во времени, в следствие чего при неучете этой изменчивости при расчете поражающих факторов взрыва возможно получение ошибочных результатов.

Ключевые слова: , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Плотникова Е.Ю., Колесников Е.Ю. Влияние турбулентности атмосферного воздуха на концентрацию примеси горючего вещества // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/04/91858 (дата обращения: 03.07.2022).

Во многих производствах используется и перерабатывается в больших количествах горючие и взрывоопасные вещества, а, следовательно, имеется опасность их взрыва и загорания в случае их поступления в атмосферный воздух. Для возникновения и дальнейшего развития горения необходимо наличие горючего, окислителя и высокотемпературного источника зажигания. Однако концентрация горючего вещества в смеси должна была не ниже определенного минимального предела, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

В связи с этим возникает необходимость изучения методик количественной оценки последствий аварий и пожаров.

В случае выброса топлива в атмосферу из наружных установок для расчета параметров ударных волн и расчета последствий при взрыве облака топливно-взрывной в смеси (ТВС) в руководстве по безопасности [1] одним из параметров который следует учитывать является средняя концентрация горючего вещества в смеси.

Также при расчете параметров волны давления при сгорании газо-, паро- и пылевоздушных смесей в открытом пространстве в соответствии с методикой Приложения Е ГОСТ 12.3.047-2012 [2] одним из ключевых данных является концентрация горючего вещества в смеси.

Однако так как атмосфера практически всегда находится в турбулентном состоянии и ее параметры (температура, компоненты скорости, потоки тепла, содержание примесей) всегда непрерывно изменяются. Таким образом возникает необходимость изучения влияния турбулентности атмосферы на величину концентрации.

Наиболее емкое и содержательное определение турбулентности принадлежит П.Брэдшоу (1971) [3]: «турбулентность – это трехмерное нестационарное движение, в котором вследствие растяжения вихрей создается непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых граничными условиями течения. Турбулентность является обычным состоянием движущейся жидкости, за исключением течений при малых числах Рейнольдса».

В турбулизированной атмосфере происходит эволюция уровня поля концентраций, обусловленная тем, что средние по времени характеристики поля скорости турбулентных движений зависят от длины интервала осреднения.  Сущность этого явления определяется специфичностью воздействия турбулентных вихрей различного масштаба на процесс рассеяния примеси во всевозможных его стадиях, проявляющийся ключевым образом в горизонтальной диффузии [4].

Н. К. Винниченко, Н. 3. Пинус, С. М. Шметер, Г. Н. Шур [5] также в своей монографии утверждают о влиянии наличия неоднородностей, или так называемых турбулентных вихрей, перемешивающих струи и влияющих на концентрацию примеси.

Методология описания турбулентных течений, сущность которой заключается в представлении моментальных значений всех гидродинамических величин (скорости, плотности, температуры и т.д.) в виде суммы осредненных (по времени или же по ансамблю) и пульсационных (турбулентных) элементах была сформулирована Рейнольдсом [6]. Суть метода Рейнольдса состоит в осреднении мгновенных значений пульсирующих гидродинамических параметров в пределах некоторого промежутка времени Т [7].

Во второй работе Рейнольдса, относящейся к 1894 г. [8, 9], впервые было предложено представлять мгновенные значения всех гидродинамических величин в турбулентном течении в виде суммы осредненных (регулярных) и пульсационных составляющих.

где  – средняя скорость, м/с;

- пульсационная скорость, м/с.

В данном случае возможно ограничиться только исследованием осредненных величин, сравнительно плавно меняющихся во времени и пространстве. Wyngaard John [10] приводит в своей книги три способа получения среднего значения любого параметра турбулентной атмосферы: теоретическое Колмогорова; пространственное; временное. С другой стороны, Монин А.С., Яглом А.М. [9] утверждают, что на практике при определении среднего значения чаще всего пользуются временным или пространственным осреднением по какому-либо промежутку времени или области пространства.

В случае атмосферной турбулентности выбор множества аналогичных опытов представляет большие трудности, так как здесь «внешние условия» (в первую очередь метеорологические условия) не могут быть повторно воспроизведены по нашему желанию.

Очевидно, что единственным практически реализуемым способом получения среднего значения параметра атмосферы является временное осреднение [11].


Библиографический список
  1. Руководство по безопасности «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 31 марта 2016 г. № 137).
  2. ГОСТ Р 12.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.
  3. Бредшоу П. Введение в турбулентность и ее измерение. М: Мир, 1974.
  4. Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г. Очистка газов: Справочное издание/ Швыдкий В.С., Ладыгичев М.Г, – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 640 с.
  5. Н. К. Винниченко, Н. 3. Пинус, С. М. Шметер, Г. Н. Шур. Турбулентность в свободной атмосфере, 2-е изд. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 286 c.
  6. Reynolds O. On the Dynamical Theory of Incompressible Viscous Fluids and the Determination of the Criterion. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, 1895, V. 186, P. 123-161; русский пер. в сб. «Проблемы турбулентности», ОНТИ, 1936
  7. Байков В. И. Теплофизика. В 2 т. Т. 2. Термодинамика необратимых процессов, теория конвективного теплообмена, перенос энергии теплового излучения, процессы переноса и фазовые превращения в твердых телах / В. И. Байков, Н. В. Павлюкевич, А. К. Федотов, А. И. Шнип. – Минск: Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2014. – 370 с.
  8. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд. 6-е, М.: Наука, 1987.
  9. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. М.: “Наука”, главная редакция физико-математической литературы, 1965. – 640 с.
  10. Wyngaard, John. Turbulence in the atmosphere. Cambridge university press, 2010. – 393 p.
  11. Колесников Е.Ю. Терминологическая неопределенность: опыт количественной оценки / Е.Ю. Колесников, Э.Ш. Теляков // Безопасность труда в промышленности. – 2016. – № 7. – С. 82–88.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Плотникова Елена Юрьевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация