Введение к работе
Актуальность работы. В России и в других странах отмечается рост объемов и интенсивности потребления нефтепродуктов, обладающих высокой пожарной опасностью Одновременно с ростом потребления происходит и рост количества чрезвычайных ситуаций в результате возникновения аварийных проливов, пожаров и взрывов, вызванных возгоранием нефтепродуктов Анализ пожаров, возникающих на объектах нефтепро-дуктообеспечения, показывает, что при пожарах пролива возникает опасность аварийного нагрева цистерн с нефтепродуктами
Интенсивное тепловое воздействие очага пожара на цистерну с нефтепродуктом может привести к достижению критических температур корпуса цистерны по условию самовоспламенения паров нефтепродукта, образованию неравномерного температурного поля корпуса цистерны, что в свою очередь может привести к ее разрушению вследствии возникновения тепловых деформаций и изменения прочностных характеристик материала конструкции
Разработка и использование эффективных мер и методов предотвращения последствий аварийных ситуаций, вызванных воздействием тепловых нагрузок пожара на цистерны с нефтепродуктом, требуют применения расчетных методик для прогнозирования их пожаровзрывоопасного состояния с учетом теплового и напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны
Таким образом, актуальность проводимой работы обусловлена необходимостью развития методик теплотехнических расчетов температурного поля корпуса цистерны с нефтепродуктом в условиях воздействия тепловых потоков пожара на основе теоретических и экспериментальных исследований сопряженных процессов теплового воздействия очага пожара и внутренних тепломассообменных процессов в цистерне
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является цистерна с нефтепродуктом в условиях пожара Предметом исследования являются закономерности сопряженных процессов теплового воздействия очага пожара и внутренних тепломассообменных процессов в цистерне
Цель работы. Разработка методики расчета нестационарного температурного поля корпуса цистерны с нефтепродуктом в условиях воздействия тепловых потоков пожара для решения практических задач по прогно-
зированию и предотвращению аварийных ситуаций, принятия мер противопожарной защиты.
Основные задачи работы:
- анализ причин и особенностей развития пожаров, при которых про
исходит тепловое воздействие пожара на конструкцию цистерны с нефте
продуктом, а также результатов такого воздействия;
г разработка математической модели по определению интенсивности теплового воздействия очага пожара на корпус цистерны с нефтепродуктом, его нестационарного температурного поля в сопряженной постановке задачи,
разработка методики и проведение огневых экспериментов с целью получения новых данных о закономерностях теплового воздействия очага пожара и изменения температурного поля корпуса цистерны, оценки адекватности разработанной математической модели;
проведение численных расчетов с использованием разработанной математической модели для решения практических задач по прогнозированию и предотвращению аварийных ситуаций в условиях воздействия тепла пожара на цистерну с нефтепродуктом.
Методы исследований. Решение поставленных задач осуществляется на основе методов математического моделирования, численных расчетов и натурных огневых экспериментов.
Научная новизна работы. Предложена математическая модель, методика численного расчета температурного поля корпуса горизонтальной цистерны с нефтепродуктом при воздействии тепловых потоков пожара, учитывающая сопряженные процессы тепло- и массообмена в цистерне и достоверность которой подтверждена натурными экспериментальными исследованиями.
Достоверность научных положений и выводов, изложенных в диссертации, основана на использовании апробированных физико-математических методов моделирования, использовании современных численных методов, полученных экспериментальных данных, сравнении с экспериментальными данными других исследователей
Практическая значимость работы состоит в том, что проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют: определять предельное тепловое нагружение конструкции цистерны, осуществлять последующий расчет ее напряженно-деформированного состояния, обос-
новывать выбор средств тепловой защиты, определять безопасные условия ликвидации пожаров цистерн
Внедрение результатов исследования. Результаты исследования используются следующими организациями: ОАО «Бецема» для оценки устойчивости конструкций цистерн к воздействию лучистых тепловых потоков и открытого пламени пожара, ОАО «Уралтранснефтепродукт» для организации мероприятий по предотвращению и тушению пожаров технологического оборудования автоцистерн для перевозки нефтепродуктов на сли^р-наливных эстакадах Проведенные теоретические и экспериментальные исследования были использованы при разработке «Рекомендаций цо тактике действий подразделений пожарной охраны при пожарах на автоцистернах для перевозки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей» Результаты работы используются в учебном процессе Академии ГПС МЧС России
Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 8 научных работ.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на научно-практических конференциях «Пожары и окружающая среда», «Снижение риска гибели людей при пожарах» (Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2002, 2003 гг.), научно-технических конференциях «Системы безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2002 - 2006 гг.), научно-практической конференции «Деятельность правоохранительных органов и Государственной противопожарной службы» (Иркутск, Восточно-Сибирский институт МВД России, 2002 г.), научно-практической конференции «ЧС техногенного характера при эксплуатации городских автодорожных тоннелей» (Москва, РАН, 2003 г.).
На защиту выносится. В диссертации получены следующие результату, которые выносятся на защиту
1. Методика расчета интенсивности теплового воздействия на корпус цистерны с нефтепродуктом, его нестационарного температурного поля в условиях пожара с учетом сопряженности происходящих тепломассооб-менньгх процессов.
2 Методика и результаты экспериментального исследования о воздействии тепловьрс потоков очага пожара на корпус цистерны в виде гори-
зонтального эллиптического цилиндра, изменения его температурного поля
3. Методика и результаты проведенных численных расчетов, позволяющих прогнозировать развитие и проводить оценку опасности аварийной ситуации при тепловом воздействии очага пожара на корпус цистерны с нефтепродуктом.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из перечня обозначений физических величин и индексов, введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем диссертации составляет 148 страниц, в том числе 36 рисунков, 7 таблиц и списка литературы из 156 наименований
