Введение к работе
Актуальность работы заключается в том, что в диссертации разработана методика оценки состояния взрывоопасности городских территорий, основанная на приближенном решении газодинамической задачи, описывающей состояние воздушной среды вне области взрыва. Это позволяет не только более достоверно определять безопасные зоны в плотной городской застройке, но и оценивать эффективность тех или иных защитных мероприятий: усиление прочности оконных стёкол, устройство ограждений, экранов и т.д. Последнее обстоятельство наиболее актуально для крупных промышленных объектов, на которых располагаются энергоемкие установки. При строительстве или модернизации взрывоопасных промышленных предприятий возникает вопрос о возможности использования территорий и зданий, прилегающих к взрывоопасным установкам, для общезаводских целей: столовых, складских помещений и др. Использование разработанной в диссертации методологии позволяет определять не только уровень их взрывоопасности, но и эффективность средств взрывозащиты. Данная проблема достаточно актуальна для строящихся, реконструируемых или модернизируемых промышленных предприятий со взрывоопасными технологиями.
Научной гипотезой исследований является наличия существенного влияния на поле взрывных нагрузок, реализующихся при аварийных взрывах на энергоемких объектах, пространственной структуры зданий и сооружений, прилегающих к взрывоопасному объекту. Данное обстоятельство приводит к значительному искажению сферической взрывной волны и перераспределению волновой энергии ударных волн или волн сжатия, сопровождающих аварийные взрывы и являющиеся основными поражающими факторами взрывов.
Целью исследования является расчет на основе существующих численных методов поля взрывного давления, реализующегося при аварийном взрыве. Разработка методики определения зон взрывобезопасности для городских территорий, прилегающих к энергоемким объектам и методики оценки состояния взрывобезопасности объектов энергоемких промышленных предприятий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:
Проведен анализ существующих способов оценки состояния взрывобезопасности объектов, прилегающих к энергоемким производствам.
Проанализированы существующие методы расчета полей давлений аварийных взрывов.
Разработана методология определения влияния расположения зданий и сооружений на поле взрывной нагрузки.
Разработана методика расчета динамических характеристик остекления (наименее прочного элемента зданий) при воздействии на него взрывной нагрузки.
Проведено экспериментальное исследование поведения остекления при воздействии на него взрывных нагрузок.
Выполнен расчет полей взрывных нагрузок применительно к конкретным промышленным и городским объектам.
Объектами исследования являются территории и объекты, прилегающие к взрывоопасным производствам.
Предметом исследования являются волновые потоки, сопровождающие аварийные взрывы, и строительные конструкции, подвергающиеся воздействию взрывных нагрузок.
Теоретической и методологической основой исследования являются:
Нестационарные уравнения газовой динамики.
Численные методы решения краевых газодинамических задач.
Динамические задачи строительной механики.
Достоверность исследования подтверждается соответствием математической модели реальным физическим процессам, сопровождающим аварийные взрывы; принятием ряда допущений, которые не искажают общую физическую картину аварийных взрывов, но позволяют задаться для конкретного взрывоопасного объекта начальными и граничными условиями для решения корректной газодинамической задачи; сравнением расчетных и экспериментальных динамических параметров остекления, подвергающегося воздействию взрывной нагрузки.
Практическая значимость работы состоит в возможности на базе диссертационного материала оценки зон взрывобезопасности городских территорий, прилегающих к энергоемким объектам, с учетом реального расположения на данной территории зданий и сооружений. Результаты исследований позволяют также определять предполагаемые взрывные нагрузки на территории взрывоопасного производства и оценивать эффективность средств взрывозащиты.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методики определения влияния городской застройки на поле взрывных нагрузок и в использовании газодинамической задачи для расчета предполагаемых взрывных нагрузок для расчета поведения остекления (наименее прочный элемент здания) с целью оценки эффективности различных противовзрывных мероприятий.
Личный вклад соискателя. Исследования, изложенные в диссертационной работе, выполнены автором либо при его непосредственном участии.
На защиту выносятся:
Методика определения зон взрывобезопасности для городских территорий с плотной застройкой, прилегающих к взрывоопасным городским объектам.
Методика оценки состояния взрывобезопасности объектов энергоемких промышленных производств.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Результаты исследований использовались при реконструкции и проектировании реальных взрывоопасных производств. Проведен расчет параметров взрывных нагрузок и разработаны рекомендации по защите помещения управления (операторной) производства пропилена на территории ЗАО «Нефтехимия» (г.Новокуйбышевск). Проведен расчет вероятных взрывных нагрузок, действующих на здания комплекса по производству аммиака, метанола и карбамида ОАО «Аммоний» и разработаны мероприятия по обеспечению их взрывобезопасности. Разработаны рекомендации по снижению давления на фронте ударной волны на конструкции зданий завода полиолефинов на ОАО «Нижнекамскнефтехим».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в пяти статьях (см. п. IV)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертационная работа изложена на 141 страницах, содержит 71 иллюстрации и 19 таблиц. Библиография включает 126 наименования.
