Введение к работе
Актуальность проблемы. При аварии на топливо-насыщенных объектах, как правило, происходит истечение топлива с образованием больших по площади разлитии и паровых облаков, горение и взрывы -которых приводят к дополнительным разрушениям и многократному /величению масштабов аварии. В связи с этим первостепенное шачение приобретают направления исследований, связанные с оазработкой методов оценки полей поражающих факторов горения и ззрыва, а также с определением критериев возникновения и развития іроцессов горения и взрыва.
Тепловое излучение является одним из основных факторов ііора-кения при аварии. Исследования характеристик теплового излучения іроводились в основном для случаев стационарного горения жидкостей, а также неперемешанных с водухом топливных облаков. Наиме-іее исследованы характеристики теплового действия при горении и [етонации гетерогенных и газовых топливо-воздушных смесей (ТВС).
Развитие аварии на объектах, содержащих большие количества оплив, зависит от чувствительности материалов и конструкций к горажающим факторам горения и взрыва, которая может быть гредставлена в виде ДР-І (давление-импульс ударной волны) и q-t тепловой поток- время) диаграмм поражения. Для процессов горения 'ти данные представлены, как правило, экспериментальными ависимостями критических (пороговых) значений теплового потока от ремени воздействия на объект и относятся, в основном, к зажиганию вердых горючих материалов - для жидких горючих аналогичные .анные отсутствуют.
Частным случаем развития аварии является развитие очага орения на поверхности жидкого топлива и переход к стационарному орению всей площади разлития. В связи с тем, что в литературе меются лишь отрывочные сведения об условиях зажигания и акономерностях перехода к стационарному горению жидкого топлива, атрудняются анализ последствий аварий и возможность рогнозирования динамики ее развития.
Цель работы заключалась в обосновании методик расчета и кспериментальном исследовании характеристик теплового действия ри горении и взрывах крупномасштабных облаков ТВС, исследовании акономерностей излучения пламен углеводородных топлив, разработке экспериментальной проверке моделей зажигания жидких топлив епловым излучением горящего топлива.
Научная новизна.
1. Экспериментально исследованы излучательные характеристики ламен диспергированных моторных топлив. Разработана модель злучения оптически тонких пламен, позволяющая адекватно описать х тепловое действие на приемник излучения.
-
Экспериментально определены основные характеристики теплового действия при газовой детонации стехиометрической и переобогаиденных пропано-воздушных смесей. Выявлено три характерных стадии тепловыделения: период инициирования, детонационный период, период догорания избытка пропана. Показано, что характеристики теплового излучения на стадии догорания определяются избытком пропана и занимают промежуточное положение по сравнению с аналогичными характеристиками тепловогс излучения при горении пропано-воздушных смесей и чистых паров пропана. По данным экспериментов получены масштабные зависимост характеристик теплового действия от массы пропана для стехиометрических и переобогащенных смесей.
-
На основании анализа литературных данных и результатов экспериментов предложена методика расчета характеристик теплового действия огненного шара для процессов горения и взрывов топливо-воздушных смесей, учитывающая все основные режимы взрывного превращения и горения, а также тип топлива и состав ТВС.
. 4. Разработана модель зажигания поверхности жидкого топлива тепловым потоком открытого пламени. На примере дизельного топлив; показана высокая степень соответствия экспериментальных и расчетных характеристик, соответствующих критическим условиям зажигания.
5. Экспериментально определены критические условия существования локального очага горения на поверхности жидкого топлива. Основываясь на предложенной модели зажигания, определен область существования устойчивого очага горения на поверхности топлива. Показано, что результаты расчета хорошо согласуются с экспериментом.
Практическая ценность. В диссертационной работе экспериментально исследованы излучательные характеристики и тепловое действие крупномасштабных облаков горящего топлива и топливо-воздушных смесей при различных скоростных режимах: горении и детонации. На основании полученных экспериментальных данных и проведенного анализа литературных данных предложена методика расчета полей теплового поражения при горении и взрывах топлив и топливо-воздушных смесей. Предлагаются простые модели, е рамках которых получено описание закономерностей теплового излучения пламен различной природы, определены критические условия зажигания промышленных топлив тепловым потоком открытого пламени. Полученные результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными и могут использоваться при моделировании аварийных ситуаций, а также при создании систем безопасности на промышленных объектах.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 3 Всесоюзной конференции по технике безопасности в химической промышленности (г. Северодонецк, 13-18 мая 1990 г.), на 14 Международном коллоквиуме по динамике взрывов и реагирующих систем (г. Коимбра, Португалия, 1-6-августа 1993 г.), на Международном семинаре по проблемам промышленной безопасности (IRIS, май 1993 г.), а также на семинарах в Институте Прикладной Химической Физики РНЦ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах.
На защиту выносятся:
-модель излучения оптически тонких пламен с неоднородным распределением интенсивности теплового излучения;
-результаты экспериментального определения излучательных харатеристик пламен диспергированных промышленных топлив;
-исследования характеристик теплового действия и закономерностей теплового излучения при газовой детонации пропано-воздушных смесей различного состава;
-результаты исследований излучательных характеристик и динамики тепловыделения при горении гетерогенных облаков промышленных топлив;
-методика расчета характеристик теплового действия при горении и взрывах чистых топлив и ТВС, учитывающая тип топлива и режимы взрывного превращения;
-модель зажигания жидких топлив тепловым потоком открытого пламени;
-результаты экспериментального определения критических условий зажигания промышленных топлив тепловым излучением.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (144 названия) и грех приложений, содержит 176 страниц машинописного гекста, 41 рисунок и 12 таблиц.
