Прогнозирование распространения облаков лёгких и нейтральных газов при авариях на объектах химической промышленности
Диссертация
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… Читать ещё >
Содержание
- Основные сокращения и обозначения
- Введение
- 1. Рассеяние примесей в атмосфере
- 1. 1. Факторы, влияющие на распространение примеси в атмосфере
- 1. 2. Атмосферная турбулентность
- 1. 2. 1. Механизм турбулентности
- 1. 2. 2. Приземный слой и изменение ветра с высотой
- 1. 3. Практические исследования поведения газов
- 1. 3. 1. Особенности поведения газов при высвобождении
- 1. 3. 2. Натурные испытания
- 1. 4. Обзор расчетных методик
- 1. 4. 1. Модель ГГО
- 1. 4. 2. Гауссовские модели
- 1. 4. 3. Интегральные модели
- 2. 1. Фундаментальные уравнения сохранения
- 2. 2. Влияние турбулентности на уравнения Навье-Стокса
- 2. 3. Модели турбулентности
- 2. 3. 1. k-Е модель
- 2. 3. 2. Модель рейнольдсовых напряжений
- 2. 3. 3. Модель крупных вихрей
- 2. 3. 4. Выбор модели
- 2. 4. Моделирование пристеночных течений
- 2. 5. Определение свойств веществ
- 2. 6. Итоговая система уравнений
- 3. 1. Метод дискретизации
- 3. 1. 1. Обобщенное дифференциальное уравнение
- 3. 1. 2. Расчёт поля течения
- 3. 2. Построение расчётной области. Расчётная сетка 72 3.2.1. Требования, предъявляемые к сетке
- 3. 3. Граничные условия. Шероховатость
- 3. 4. Выбор шага по времени
- 3. 5. Источники погрешностей
- 4. 1. Проверка достоверности математической модели
- 4. 1. 1. Верификация с данными экспериментов «Пустыня Тортоис»
- 4. 1. 2. Верификация с данными экспериментов «Голдфиш»
- 4. 1. 3. Сравнение с другими численными моделями
- 4. 2. Поведение лёгких газов
- 4. 2. 1. Опыты с аммиаком
- 4. 2. 2. Опыты с застройкой
- 4. 2. 3. Опыты с фтороводородом
- 4. 3. Поведение нейтральных газов
- 4. 3. 1. Опыты с моноксидом углерода
- 4. 3. 2. Опыты с этиленом и этаном. Влияние рельефа местности
- 4. 4. Поведение нагретых тяжёлых газов
- 4. 4. 1. Опыты с нагретым сероводородом
- 4. 4. 2. Опыты с нагретыми диоксидом и триоксидом серы
- 4. 4. 3. Результаты численных экспериментов с нагретыми тяжёлыми газами
Список литературы
- Puttock, J.S. Field experiments on dense gas dispersion / J.S. Puttock, D.R. Blackmore, G.W. Colenbrander 11 J. of Hazardous Materials. 1982. — Vol. 6. — P. 13−41.
- Koopman, R.P. Analysis of Burro series 40-m LNG spill experiments / R.P. Koopman, R.T. Cederwall, D.L. Ermak and others // J. of Hazardous Materials. — 1982.-Vol. 6.-P. 43−83.
- Ermak, D.L. A comparison of dense gas dispersiom model simulations with Burro series LNG spill test results / D.L. Ermak, S.T. Chan, D.L. Morgan and others // J. of Hazardous Materials. 1982. — Vol. 6. — P. 129−160.
- Методика оценки последствий химических аварий (методика «Токси-2»). М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 1999.
- Шаталов, А. А. Методика расчета распространения аварийных выбросов, основанная на модели рассеяния тяжелого газа / А. А. Шаталов, М. В. Лисанов, А. С. Печеркин и др. // Безоп-ть труда в пром-ти. 2004. — № 9. — С. 46−52.
- Тюменев, Т.Р. Численное моделирование распространения легких опасных химических веществ / Т. Р. Тюменев, С. И. Поникаров // МНК ММТТ-19: Сб-к трудов. Воронеж: ВГТА, 2006. — Т. 4. — С. 26−29.
- Тюменев, Т.Р. Прогнозирование распространения облаков легких и нейтральных ОХВ в условиях устойчивой атмосферы при помощи численного моделирования / Т. Р. Тюменев, С. И. Поникаров, B.C. Гасилов // Вестник Казан, технол. ун-та. 2006. — № 5. — С. 78−86.
- Тюменев, Т.Р. Исследование влияния скорости ветра и застройки на распространение облаков легких газов численным моделированием / Т. Р. Тюменев, С. И. Поникаров, B.C. Гасилов // Безопасность жизнедеятельности. -2006. -№ 11.-С. 31−33.
- Тюменев, Т.Р. Прогнозирование распространения «нетяжелых» ОХВ математическим моделированием / Т. Р. Тюменев, С. И. Поникаров, B.C. Гасилов // МНК ММТТ-20: Сб-к трудов. Ярославль: ЯГТУ, 2007. — С. 186 189.
- Тюменев, Т.Р. Поведение облаков нагретых тяжелых газов / Т. Р. Тюменев, С. И. Поникаров, B.C. Гасилов // Безопасность жизнедеятельности. — 2008.-№ 4.-С. 27−28.
- Гаряев, А.Б. Распространение опасных веществ при промышленных авариях. М.: Изд-во МЭИ, 1998. — 31 с.
- Губин, С. А. Верификация методик для оценки последствий химических аварий / С. А. Губин, С. М. Лыков, И. В. Маклашова и др. // Химическая промышленность. 1999. — № 10. — С. 58−66.
- Берлянд, М.Е. Учет застройки при расчетах загрязнения воздуха / М. Е. Берлянд, E.JI. Генихович, И. Г. Грачева и др. // Труды глав, геофиз. обсерватории. 1987. — Вып. 511. Атм. диффузия и загр-е воздуха. — С. 24—38.
- Яглом, A.M. Закономерности мелкомасштабной турбулентности в атмосфере и океане // Изв-я АН СССР. Физика атм. и океана. 1981. — Т. 17. -№ 12.-С. 1235−1257.
- Хргиан, А.Х. Физика атмосферы. Изд. 2-е пер. и доп. — Т. 1, 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — 248 е., 320 с.
- Брэдисоз, П. Турбулентность / под ред. П. Брэдисоз. М., 1980.
- Колесниченко, А.В. Турбулентность много-компонентных сред. М., 1996.
- Колъман, В. Методы расчета турбулентных течений / под ред. В. Кольмана- пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 463 с.
- Кухарец, В.П. О скорости диссипации турбулентной энергии в неустойчиво-стратифицированном атмосферном пограничном слое / В. П. Кухарец, JI.P. Цванг // Изв-я АН СССР. Физика атм. и океана. 1977. — Т. 13. -№ 6.-С. 620−628.
- Монин, А. С. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы / А. С. Монин, A.M. Обухов // Труды Геофиз. инта АН СССР. 1954. — № 24 (151). — С. 163−187.
- Монин, А.С. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности / А. С. Монин, А. И. Яглом. Ч. 1, 2. М.: Наука, 1965, 1967. -640 е., 720 с.
- Нъюистадт, Н.Ф. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / под ред. Н. Ф. Ньюистадта и X. ван Допа- пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 352 с.
- Обухов, A.M. Турбулентность и динамика атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1988. — 413 с.
- Прандтлъ, Л. Гидроаэромеханика. Ижевск, 2000.
- Яглом, A.M. Данные о характеристиках турбулентности в приземном слое атмосферы // Изв-я АН СССР. Физика атм. и океана. — 1974. Т. 10. — № 6. — С. 566−586.
- Вызова, H.JI. Турбулентная диффузия в нижнем слое атмосферы / под ред. Н. Л. Бызовой. -М., 1970.
- Вызова, H.JI. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
- Лаштман, Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 342 с.
- Маршалл, В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. — 672 с. (Marshall, V.C. Major Chemical Hazards. — Ellis Horwood, 1987.)
- Цыкало, A.JI. Испарение и рассеивание аммиака при его разливах и утечках: Обзор, инф. Сер. «Азотная пром-сть» / А. Л. Цыкало, И. И. Стрижевский, А. Д. Багмет. М.: НИИТЭХИМ, 1982. — 50 с.
- Наша, S.R. Evaluation of fourteen hazardous gas models with ammonia and hydrogen fluoride field data / S.R. Hanna, D.G. Strimaitis, J.C. Chang // J. of Hazardous Materials. 1991. — Vol. 26. — P. 127−158.
- Griffits, R.F. Production of dense gas mixtures from ammonia releases -review / R.F. Griffits, G.D. Kaiser // J. of Hazardous Materials. 1982. — Vol. 6. — P. 197−212.
- Black fortnight for ammonia // Nitrogen. 1976. — № 102. — P. 45.
- Ayrault, M. An experimental study on the evolution and dispersion of a cloud of gas heavier than air AM. Ayrault, J.-L. Balint, R. Morel // J. of Hazardous Materials.-1991.-Vol. 26.-P. 1−26.
- Bettis, R.J. Expansion and evolution of heavy gas particulate clouds / R.J. Bettis, G.M. Makhviladze, P.F. Nolan // J. of Hazardous Materials. 1987. — Vol. 14.-P. 213−232.
- Blackmore, D.R. Heavy gas dispersion models / D.R. Blackmore, M.N. Herman, J.L. Woodward // J. of Hazardous Materials. 1982. — Vol. 6. — P. 107−128.
- Huerzeler, В. Small spills of heavy gas from continuous sources / B. Huerzeler, Т.К. Fannel0p // J. of Hazardous Materials. 1991. — Vol. 26. — P. 187 202.
- Nielsen, M. Research on continuous and instantaneous gas clouds. Project report. Part 2 / M. Nielsen, M. Heinrich, R. Scherwinski // J. of Hazardous Materials. 1991.-Vol. 26.-P. 219−224.
- Элънатанов, А.И. Применение воздушных струй для испарения аммиака / А. И. Эльнатанов, Э. А. Хуторянская, И. И. Стрижевский // Труды ГИАП. Маг-е аммиакопроводы. 1978. — Вып. 51. — С. 66−74.
- Blanken, J.M. Behavior of Ammonia in the Event of Spillage // Ammonia Plant Safety. 1980. — Vol. 22. — P. 25−34.
- Исламхузин, Д.Я. Образование и распространение паровоздушных облаков сжиженных углеводородных газов при техногенных авариях: Дисс.. канд. техн. наук. Казань, 2003. — 118 с.
- Галеев, А.Д. Численное моделирование процесса рассеивания «тяжелых» примесей в условиях сложного рельефа местности / А. Д. Галеев, B.C. Гасилов, С. И. Поникаров и др. // БЖД. 2004. — № 6. — С. 25−27.
- Галеев, А.Д. Численный анализ аварий на объектах использования сжиженных газов / А. Д. Галеев, B.C. Гасилов, С. И. Поникаров и др. // БЖД. -2006. -№ 12.-С. 30−36.
- Галеев, А.Д. Образование и распространение облаков тяжелых газов при авариях химической и нефтехимической промышленности: Автореф. дисс.. канд. техн. наук. — Казань, 2006, — 20 с.
- Гкмранов, Ф.М. Численный расчет распространения и рассеивания опасных парогазовых облаков в атмосферном воздухе / Ф. М. Гимранов, Э. Ш. Теляков, Д. Я. Исламхузин // БЖД. 2005. — № 7. — С. 50−52.
- Perdikaris, G.A. Numerical simulation of the three-dimensional micro-scale dispersion of air-pollutants in region with complex topography // Heat and Mass Transfer.-2001.-37.-P. 583−591.
- Едигаров, А.С. Численный расчет турбулентного течения холодного тяжелого газа в атмосфере // Журнал выч. мат-ки и мат. физики. 1991. — Т. 31. -№ 9. — С. 1369−1380.
- Иванов, А.В. Моделирование рассеяния многоисточниковых газовых выбросов в условиях города / А. В. Иванов, Е. В. Гусев, Б. С. Мастрюков и др. // Изв-я ВУЗ. Цвет, мет-я. 1997. — № 2. — С. 73−80.
- Иванов, А.В. Прогнозирование распространения аварийных выбросов аммиака в атмосфере города / А. В. Иванов, Б. С. Мастрюков // Изв-я ВУЗ. Цвет, мет-я. 1998. -№ 6. — С. 56−63.
- Иванов, А.В. Разработка методических основ оценки последствий промышленных химических аварий (на примере металлургического комбината): Дисс.. канд. техн. наук. М., 1999. — 283 с.
- Иванов, А.В. О достоверности использования вычислительного комплекса Phoenics в расчетах рассеяния вещества в возмущенном потоке / А. В. Иванов, Б. С. Мастрюков // Изв-я ВУЗ. Черн. мет-я. 1999. — № 11. — С. 64−68.
- Зиновьева, О.М. Прогнозирование сценариев развития химических аварий при разработке декларации безопасности / О. М. Зиновьева, А. В. Иванов, Б. С. Мастрюков // Металлург. 2000. — № 12. — С. 25−26.
- Зиновьев, А.В. Моделирование процессов испарения при аварийных проливах жидкости / А. В. Зиновьев, А. В. Иванов, Б. С. Мастрюков // Кокс и химия.-2001.-№ 4.-С. 33−35.
- Микрюков, А.В. Численное моделирование распространения примесей от источников загрязнения с учетом рельефа местности: Дисс.. канд. физ.-мат. наук. Ижевск, 2004. — 181 с.
- Сузан, Д.В. Математическое моделирование распространения загрязнений в воздушной среде: Автореф. дисс.. канд. физ.-мат. наук. М., 2003.-20 с.
- Пирулсов, У.Г. Численные методы газовой динамики / У. Г. Пирулсов, Г. С. Рослянов. -М., 1987.
- Селезнев, В.Е. Повышение безопасности и эффективности газопроводных систем ТЭК с использованием методов прямого численного моделирования: Дисс.. д-ра техн. наук. — Саров, 2003. 283 с.
- Натхина, Р.И. Моделирование процессов распространения многокомпонентных промышленных выбросов // Интернет-сервер «ГеоМод» http ://geomod.rsu.ru/B ank/ModAtmo2/contents .htm
- Берлянд, М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 272 с.
- ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
- Сумской, С.И. Верификация методик оценки последствий аварийных выбросов газа от источников продолжительного действия / С. И. Сумской, А. В. Пчельников, М. В. Лисанов и др. // Безоп-ть труда в пром-ти. 2005. — № 8. — С. 28−35.
- ГОСТР 12.3.047−98. Пожарная безопасность технологических процессов.
- РД 52.04.253−90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте.
- Лисанов, М.В. Моделирование рассеяния выбросов опасных веществ в атмосфере / М. В. Лисанов, А. В. Пчельников, С. И. Сумской // Рос. хим. ж. -2005.-Т. XLIX. — № 4. С. 18.
- Сеттон, О.Г. Микрометеорология. — Л.: Гидрометеоиздат, 1958.
- Берлянд, М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.
- Versteeg, H.K. An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method / H.K. Versteeg, W. Malalasekera. Longman, 1995. — 257 p.
- FLUENT 6.0 Documentation // FLUENT 6.1.18. Fluent Inc., 1998.
- Никущенко, Д.В. Применение расчетного комплекса FLUENT® для моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2005. — 97 с.
- Голубев, И.Ф. Теплофизические свойства аммиака / И. Ф. Голубев, В. П. Кияшова, И. И. Перелыдтейн и др. М.: Изд-во стандартов, 1978. — 264 с.
- Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Физматгиз, 1963.
- Зарембо, КС. Справочник по транспорту горючих газов / под ред. К. С. Зарембо. — М.: Гостоптехиздат, 1962. 888 с.
- Малина, КМ. Справочник сернокислотчика / под ред. проф. К. М. Малина. Изд. 2-е пер. и доп. М.: Химия, 1971. — 744 с.
- Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкостей. — М.: Энергоатомизщцат, 1984. — 152 с.
- Флетчер, К Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х т. -М.: Мир, 1991.
- Волков, КН. Применение метода контрольного объема для решения задач механики жидкости и газа на неструктурированных сетках // Выч. методы и прогр-е. 2005. — Т. 6. — С. 43−60.
- Норри, Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. де Фриз. Пер. с англ. М.: Мир, 1981. — 304 с. (An introduction to finite element analysis / D.H. Norrie, G. de Vries. — Academic Press, 1978.)
- Hutton, D. V. Fundamentals of finite element analysys. Mc Graw-Hill, 2004. — 494 p.
- Иванов, Ю.А. Хранение и транспортировка жидкого аммиака / Ю. А. Иванов, И. И. Стрижевский. М.: Химия, 1991. — 72 с.
- СНиП 2.11.03−93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопож арные нормы.
- Амелин, А.Г. Производство серной кислоты. Изд. 3-е испр. М.: Химия, 1967.-472 с.
- Амелин, А.Г. Технология серной кислоты. Изд. 2-е пер. М.: Химия, 1983.-360 с.
- Встроенная база данных по теплофизическим свойствам веществ II CHEMCAD 5.1.3. Chemstations Inc., 2001.
- Bloomer, J.J. Practical fluid mechanics for engineering applications / J.J. Bloomer. New York: Marcel Dekker, 2000. — 392 p.
- Chung, T.J. Computational fluid dynamics. Cambridge: Cambr. Univ. Press, 2002. — 1012 + xxiii p.
- Leslie, I.R.M. State of art review of pressure liquefied gas container failure models and associated projectile hazards / I.R.M. Leslie, A.M. Birk, // J. of Hazardous Materials. 1991. — Vol. 26. — P. 329−365.
- Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / под общ. ред. С. В. Белова. Изд. 2-е испр. и доп. М.: Высш. шк., 1999. — 448 с.
- Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов/ Н. Б. Варгафтик, Л. П. Филиппов, А. А. Тарзиманов и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 352 с.
- Дорофеев, Э.А. Прогнозирование и оценка зон химического заражения. М., 2000.
- Лазарев, Н.В. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е пер. и доп. В трех томах. Под ред. проф. Н. В. Лазарева и д.м.н. Э. Н. Левиной. Т. I, III. — Л.: Химия, 1976, 1977.
- Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. М., 1987.
- Макаров, Г. В. Охрана труда в химической промышленности I под ред. Г. В. Макарова. М.: Химия, 1989. — 496 с.
- Марсден, Дж.Э. Математические основы механики жидкости / Дж.Э. Марсден, А. Чорин. Пер. с англ. М.-Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. динамика», 2004. — 204 с.
- Монин, А.С. Теоритические основы геофизической гидродинамики. — JL: Гидрометеоиздат, 1988. 424 с.
- Пейре, Р. Вычислительные методы в задачах механики жидкости / Р. Пейре, Т. Тейлор. — Л., 1986.
- Пененко, В.В. Методы численного моделирования атмосферных процессов. Л., 1981.
- Перри, Дж. Справочник инженера-химика, т. I: Пер. с англ. под ред. акад. Н. М. Жаворонкова и чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. Л.: Химия, 1969. — 640 е., 397 рис., 332 табл. (Perry, J.H. Chemical Engineers' Handbook. -McGraw-Hill Book Сотр., 1963.)
- Ферцигер, Дж. Математическая теория процессов переноса в газах / Дж. Ферцигер, Г. Капер. Пер. с англ. -М.: Мир, 1976.
- Чушкин, П.И. Избранные статьи по вычислительной газовой динамике. М., 1993.
- Шмыглевский, Ю.Д. Аналитические исследования динамики газа и жидкости. М.: Эдиториал УРРС, 1991. — 232 с.