Математична модель для оцінення ризику термічного ураження у випадку пожежі на об’єктах паливно-енергетичного комплексу
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро
Abstract
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування теплового забруднення повітря та оцінки ризику термічного ураження людей під час пожежі на промисловому майданчику. Ставиться задача розрахувати3D температурних полів під час пожежі та на базі цього оцінити ризик термічного ураження людей. Мета – розроблення3D чисельної моделі для розрахунку теплового забруднення повітря та оцінення ризику термічного ураження працівників на промисловому майданчику під час пожежі. Методика. Для моделювання процесу теплового забруднення повітря на промисловому майданчику у разі виникнення пожежі використано тривимірне рівняння енергії. Для розрахунку поля швидкості повітряного потоку на промисловому майданчику застосовується тривимірне рівняння для потенціалу швидкості. Для чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості – метод розщеплення. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння енергії здійснюється його розщеплення на диференціальному рівні на два рівняння. Перше рівняння описує поширення температури внаслідок руху повітряних мас. Друге рівняння описує поширення температури внаслідок теплопровідності. Для чисельного інтегрування першого рівняння використовується змінно-трикутна різницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування другого рівняння –явна різницева схема. Наукова новизна. Побудована 3D чисельна модель, що дозволяє швидко розраховувати динаміку формування областей теплового забруднення повітря на промисловому майданчику та на базі цієї інформації прогнозувати ризик термічного ураження людей в робочих зонах на промисловому майданчику та базується на чисельному інтегруванні рівнянь аеродинаміки та теплопереносу. Модель дозволяє швидко розраховувати динаміку формування теплових зон на промисловому майданчику у випадку пожежі. Практична значущість. Розроблена модель дозволяє прогнозувати динаміку зміни температурних полів у повітрі, що виникають під час пожежі на промисловому майданчику. Чисельна модель може бути використана для визначення зон інтенсивного теплового забруднення та оцінення ризику термічного ураження працівників. Висновки. На базі розробленої3D чисельної моделі створено код для проведення обчислювального експерименту. Розроблений код дозволяє швидко розрахувати динаміку формування областей теплового забруднення повітря на промисловому майданчику під час пожежі. На основі отриманої інформації оцінюється ризик термічного ураження працівників. Наведено результати обчислювального експерименту.
ENG: Problem statement. The task of prediction for thermal air pollution and assessing the risk of thermal damage to people during a fire at an industrial site is considered. The task is to calculate 3D temperature fields during a fire and, based on this, to assess the risk of thermal damage to people. The purpose of the article. Development of a 3D numerical model for calculating thermal air pollution and assessing the risk of thermal damage to workers at an industrial site in the case of a fire. Methodology. A three-dimensional energy equation was used to model the process of thermal air pollution at an industrial site in the case of a fire. A three-dimensional equation for the velocity potential is used to calculate the air flow velocity field at the industrial site. For the numerical integration of the equation for the velocity potential, the splitting method is used. For the numerical integration of the three-dimensional energy equation, it is split at the differential level into two equations. The first equation describes the spread of temperature due to the movement of air masses. The second equation describes the temperature distribution due to thermal conductivity. For the numerical integration of the first equation, a variable-triangular difference splitting scheme is used. An explicit difference scheme is used for the numerical integration of the second equation. Scientific novelty. A 3D numerical model was created, which allows to quickly calculate the dynamics of the formation of thermal air pollution areas at the industrial site and, based on this information, to predict the risk of thermal damage to people in the work zones at the industrial site. The model is based on the numerical integration of the aerodynamic and heat transfer equations. The model allows to quickly calculate the dynamics of the thermal zones’ formation at the industrial site in the case of a fire. Practical value. The developed model makes it possible to predict the dynamics of changes in temperature fields in the air that occur during a fire at an industrial site. The numerical model can be used to determine zones of intense thermal pollution and assess the risk of thermal damage to workers. Conclusions. On the basis of the developed 3D numerical model, a code was created for conducting a computational experiment. The developed code allows to quickly calculate the dynamics of the formation of thermal air pollution areas at an industrial site during a fire. Based on the received information, the risk of thermal damage to workers is assessed. The results of the computational experiment are presented.
ENG: Problem statement. The task of prediction for thermal air pollution and assessing the risk of thermal damage to people during a fire at an industrial site is considered. The task is to calculate 3D temperature fields during a fire and, based on this, to assess the risk of thermal damage to people. The purpose of the article. Development of a 3D numerical model for calculating thermal air pollution and assessing the risk of thermal damage to workers at an industrial site in the case of a fire. Methodology. A three-dimensional energy equation was used to model the process of thermal air pollution at an industrial site in the case of a fire. A three-dimensional equation for the velocity potential is used to calculate the air flow velocity field at the industrial site. For the numerical integration of the equation for the velocity potential, the splitting method is used. For the numerical integration of the three-dimensional energy equation, it is split at the differential level into two equations. The first equation describes the spread of temperature due to the movement of air masses. The second equation describes the temperature distribution due to thermal conductivity. For the numerical integration of the first equation, a variable-triangular difference splitting scheme is used. An explicit difference scheme is used for the numerical integration of the second equation. Scientific novelty. A 3D numerical model was created, which allows to quickly calculate the dynamics of the formation of thermal air pollution areas at the industrial site and, based on this information, to predict the risk of thermal damage to people in the work zones at the industrial site. The model is based on the numerical integration of the aerodynamic and heat transfer equations. The model allows to quickly calculate the dynamics of the thermal zones’ formation at the industrial site in the case of a fire. Practical value. The developed model makes it possible to predict the dynamics of changes in temperature fields in the air that occur during a fire at an industrial site. The numerical model can be used to determine zones of intense thermal pollution and assess the risk of thermal damage to workers. Conclusions. On the basis of the developed 3D numerical model, a code was created for conducting a computational experiment. The developed code allows to quickly calculate the dynamics of the formation of thermal air pollution areas at an industrial site during a fire. Based on the received information, the risk of thermal damage to workers is assessed. The results of the computational experiment are presented.
Description
М. Біляєв: ORCID: 0000-0002-1531-7882; В. Петренко: ORCID: 0000-0003-2201-3593; В. Біляєва: ORCID: 0000-0003-2399-3124; О. Берлов: ORCID: 0000-0002-7442-0548; О. Тимошенко: ORCID: 0000-0003-3114-9820
Keywords
теплоперенос, пожежа, чисельне моделювання, ризик ураження, теплове забруднення повітря, heat transfer, fire, numerical modeling, risk of damage, thermal air pollution, КГВФ, КТІ
Citation
Біляєв М. М., Петренко В. Д., Біляєва В. В., Берлов О. В., Тимошенко О. А. Математична модель для оцінення ризику термічного ураження у випадку пожежі на об’єктах паливно-енергетичного комплексу. Український журнал будівництва та архітектури. 2023. № 3(015). С. 20–27. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.140723.20.950.