Моделирование аварийного загрязнения атмосферы при чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива
Loading...
Files
Date
2014
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RU: Цель. Разработка прикладной численной модели для расчета динамики загрязнения атмосферы над городом при чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива, сопровождающейся выбросом в атмосферу продуктов горения. Методика. Для численного моделирования процесса переноса опасного вещества (продукта горения твердого ракетного топлива) в атмосфере применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Данное уравнение учитывает рассеивание в атмосфере опасного вещества за счет ветра и атмосферной диффузии. Для расчета процесса загрязнения воздушной среды внутри помещений при затекании в них загрязненного атмосферного воздуха используется балансовая модель. Эта модель
учитывает величину воздухообмена в помещении, объем помещения и концентрацию опасного вещества во входящем в помещение потоке. Величина фильтрующегося воздуха в помещении рассчитывается с помощью эмпирической модели. Для численного интегрирования уравнения переноса примеси в атмосфере применяется неявная разностная схема расщепления. На основе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке Фортран. Проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы над г. Павлоградом и воздушной среды внутри помещений. Результаты. Предложенная модель позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы при выбросе химически опасного вещества. Модель позволяет определить размеры зоны токсичного поражения людей. С помощью разработанной численной модели выполнена оценка риска поражения людей в селитебной зоне г. Павлоград. Научная новизна. Создана численная модель, позволившая оперативно оценить риск токсичного поражения людей в г. Павлоград в случае чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива. Практическая значимость. Разработанная численная модель может быть использована для оценки риска поражения людей на открытом воздухе или внутри помещений при эмиссии химически опасных веществ в атмосферу. С помощью разработанной численной модели решена задача по оценке последствий для населения при возгорании твердого ракетного топлива в хранилище.
UK: Мета. Розробка прикладної чисельної моделі для розрахунку динаміки забруднення атмосфери над містом при надзвичайній ситуації в сховищі твердого ракетного палива, що супроводжується викидом в атмосферу продуктів горіння. Методика. Для чисельного моделювання процесу перенесення небезпечної речовини (продукту горіння твердого ракетного палива) в атмосфері застосовується рівняння конвективно-дифузійного перенесення домішки. Це рівняння враховує розсіювання в атмосфері небезпечної речовини за рахунок вітру та атмосферної дифузії. Для розрахунку процесу забруднення повітряного середовища усередині приміщень при затіканні в них забрудненого атмосферного повітря використовується балансова модель. Ця модель враховує величину повітрообміну в приміщенні, об'єм приміщення та концентрацію небезпечної речовини в потоці, що входить в приміщення. Величина повітря, що фільтрується, в приміщенні розраховується за допомогою емпіричної моделі. Для чисельного інтегрування рівняння перенесення домішки в атмосфері застосовується неявна різницева схема. На основі побудованої чисельної моделі створений код на алгоритмічній мові Фортран. Проведено обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення атмосфери над м. Павлоградом і повітряного середовища усередині приміщень. Результати. Запропонована модель дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери при викиді хімічно небезпечної речовини. Модель дозволяє визначити розміри зони токсичного ураження людей. За допомогою розробленої чисельної моделі виконана оцінка ризику ураження людей в селітебній зоні м. Павлоград. Наукова новизна. Створена чисельна модель, що дозволила оперативно оцінити ризик токсичного ураження людей м. Павлоград у разі надзвичайної ситуації в сховищі твердого ракетного палива. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути використана для оцінки ризику ураження людей на відкритому повітрі або усередині приміщень при емісії хімічно небезпечних речовин в атмосферу. За допомогою розробленої чисельної моделі вирішено завдання з оцінки наслідків для населення при займанні твердого ракетного палива у сховищі.
EN: Purpose. Development of the operational numerical model to compute contamination of the atmosphere over Pavlograd city in the case of solid rocket propellant ignition at the storage. Methodology. To simulate the toxic chemical dispersion (product of the solid rocket propellant firing) the equation of convective-diffusion transfer is used. This equation takes into account the toxic chemical dispersion in the atmosphere by wind and the atmosphere diffusion. To calculate the process of the indoor contamination in the case of the contaminated air infiltration a balance model is used. This model takes into account the ventilation flow rate, volume of the room, concentration of toxic chemical in the inlet air. To compute the ventilation flow rate the empirical model was used. The implicit change–triangle difference scheme was used for the numerical integration of the governing equation. FORTRAN language was used to develop code on the basis of the created numerical model. On the basis of the developed numeral model numerical experiment was carried out which allowed to estimate the level of atmosphere contamination in Pavlograd city. Findings. The operational model allows predicting quickly the hitting zone dimensions. The developed model was used to estimate risk of people toxic hitting in the residential districts of Pavlograd city. Originality. A numeral model allows to estimate the risk of toxic hitting of people in Pavlograd city in the case of an accident at the of solid rocket propellant storage. Practical value. The developed numeral model can be used for the quick estimation of risk for people in the city after toxic chemical release at the solid propellant storage. The developed numerical model solves the problem to assess the consequences for the population at ignition of solid rocket propellant in storage.
UK: Мета. Розробка прикладної чисельної моделі для розрахунку динаміки забруднення атмосфери над містом при надзвичайній ситуації в сховищі твердого ракетного палива, що супроводжується викидом в атмосферу продуктів горіння. Методика. Для чисельного моделювання процесу перенесення небезпечної речовини (продукту горіння твердого ракетного палива) в атмосфері застосовується рівняння конвективно-дифузійного перенесення домішки. Це рівняння враховує розсіювання в атмосфері небезпечної речовини за рахунок вітру та атмосферної дифузії. Для розрахунку процесу забруднення повітряного середовища усередині приміщень при затіканні в них забрудненого атмосферного повітря використовується балансова модель. Ця модель враховує величину повітрообміну в приміщенні, об'єм приміщення та концентрацію небезпечної речовини в потоці, що входить в приміщення. Величина повітря, що фільтрується, в приміщенні розраховується за допомогою емпіричної моделі. Для чисельного інтегрування рівняння перенесення домішки в атмосфері застосовується неявна різницева схема. На основі побудованої чисельної моделі створений код на алгоритмічній мові Фортран. Проведено обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення атмосфери над м. Павлоградом і повітряного середовища усередині приміщень. Результати. Запропонована модель дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери при викиді хімічно небезпечної речовини. Модель дозволяє визначити розміри зони токсичного ураження людей. За допомогою розробленої чисельної моделі виконана оцінка ризику ураження людей в селітебній зоні м. Павлоград. Наукова новизна. Створена чисельна модель, що дозволила оперативно оцінити ризик токсичного ураження людей м. Павлоград у разі надзвичайної ситуації в сховищі твердого ракетного палива. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути використана для оцінки ризику ураження людей на відкритому повітрі або усередині приміщень при емісії хімічно небезпечних речовин в атмосферу. За допомогою розробленої чисельної моделі вирішено завдання з оцінки наслідків для населення при займанні твердого ракетного палива у сховищі.
EN: Purpose. Development of the operational numerical model to compute contamination of the atmosphere over Pavlograd city in the case of solid rocket propellant ignition at the storage. Methodology. To simulate the toxic chemical dispersion (product of the solid rocket propellant firing) the equation of convective-diffusion transfer is used. This equation takes into account the toxic chemical dispersion in the atmosphere by wind and the atmosphere diffusion. To calculate the process of the indoor contamination in the case of the contaminated air infiltration a balance model is used. This model takes into account the ventilation flow rate, volume of the room, concentration of toxic chemical in the inlet air. To compute the ventilation flow rate the empirical model was used. The implicit change–triangle difference scheme was used for the numerical integration of the governing equation. FORTRAN language was used to develop code on the basis of the created numerical model. On the basis of the developed numeral model numerical experiment was carried out which allowed to estimate the level of atmosphere contamination in Pavlograd city. Findings. The operational model allows predicting quickly the hitting zone dimensions. The developed model was used to estimate risk of people toxic hitting in the residential districts of Pavlograd city. Originality. A numeral model allows to estimate the risk of toxic hitting of people in Pavlograd city in the case of an accident at the of solid rocket propellant storage. Practical value. The developed numeral model can be used for the quick estimation of risk for people in the city after toxic chemical release at the solid propellant storage. The developed numerical model solves the problem to assess the consequences for the population at ignition of solid rocket propellant in storage.
Description
Н. Беляев: ORCID 0000-0002-1531-7882; А. Берлов: ORCID 0000-0002-7442-0548; А. Шевченко: ORCID 0000-0001-9907-3610
Keywords
загрязнение атмосферы, ракетное топливо, инфильтрация опасных веществ в помещение, численное моделирование, забруднення атмосфери, ракетне паливо, інфільтрація небезпечних речовин в приміщенні, чисельне моделювання, contamination of atmosphere, rocket propellant, infiltration of toxic chemical into the apartment, numeral simulation, КГВ
Citation
Беляев, Н. Н. Моделирование аварийного загрязнения атмосферы при чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива / Н. Н. Беляев, А. В. Берлов, А. В. Шевченко // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – 2014. – № 5 (53). – С. 29–38. – doi:10.15802/stp2014/29973.