Розрахунок вибухонебезпечних зон у разі аварійної емісії аміаку
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку математичної моделі для розрахунку вибухонебезпечних зон у разі аварійної емісії аміаку. Як приклад розглянуто аварійну емісію аміаку на території насосної станції, що здійснює перекачування. Методика. Для розв’язання поставленої задачі використано рівняння для потоку нев’язкої нестисливої рідини – рівняння для потенціалу швидкості. Чисельне розв’язання цього тривимірного рівняння проведено за допомогою методу Річардсона. Після визначення потенціалу швидкості розраховано поле швидкості повітряного потоку. Для прогнозування вибухонебезпечних зон використано чисельне розв’язання тривимірного рівняння масопереносу аміаку. Під час використання цієї математичної моделі враховано нерівномірне поле швидкості вітрового потоку, зміну вертикального коефіцієнта атмосферної дифузії з висотою, інтенсивність емісії аміаку, місце викиду хімічно небезпечної речовини. Для чисельного розв’язання рівняння переносу аміаку в атмосферному повітрі використано різницеву схему розщеплення. На кожному кроці розщеплення невідоме значення концентрації аміаку визначено за явною схемою біжучого рахунку. Результати. На основі розробленої математичної моделі проведено обчислювальний експеримент для оцінки динаміки формування вибухонебезпечних зон на території насосної станції, що перекачує аміак. Отримано інформацію про формування зон хімічного зараження на території насосної станції. Наукова новизна. Розроблено математичну модель, що дозволяє оперативно розраховувати динаміку формування вибухонебезпечних зон на території хімічно небезпечного об’єкта в разі виникнення надзвичайної ситуації. Ця модель може бути використана для оцінки ризику токсичного ураження людей на хімічно небезпечному об’єкті під час виникнення аварійних ситуацій. Практична значимість. На базі розробленої чисельної моделі створено комп’ютерну програму, що дозволяє проводити серійні обчислювальні експерименти з визначення динаміки формування зон хімічного зараження атмосферного повітря. Для використання розробленої програми необхідні стандартні вхідні дані. Розроблена чисельна модель може бути використана для проведення серійних розрахунків під час розробки ПЛАСу (план ліквідації аварійної ситуації) для хімічно небезпечних об’єктів.
RU: Цель. Данная работа предусматривает разработку математической модели для расчета взрывоопасных зон при аварийной эмиссии аммиака. В качестве примера рассмотрена аварийная эмиссия аммиака на территории перекачивающей насосной станции. Методика. Для решения поставленной задачи использовано уравнение для потока невязкой несжимаемой жидкости – уравнение для потенциала скорости. Численное решение данного трехмерного уравнения проведено с помощью метода Ричардсона. После определения потенциала скорости рассчитано поле скорости воздушного потока. Для прогнозирования взрывоопасных зон использовано численное решение трехмерного уравнения массопереноса аммиака. При использовании этой математической модели учтены неравномерное поле скорости ветрового потока, изменение вертикального коэффициента атмосферной диффузии с высотой, интенсивность эмиссии аммиака, место выброса химически опасного вещества. Для численного решения уравнения переноса аммиака в атмосферном воздухе использована разностная схема расщепления. На каждом шаге расщепления неизвестное значение концентрации аммиака определено по явной схеме бегущего счета. Результаты. На основе разработанной математической модели проведен вычислительный эксперимент по оценке динамики формирования взрывоопасных зон на территории насосной станции, перекачивающей аммиак. Получена информация о формировании зон химического заражения на территории насосной станции. Научная новизна. Разработана математическая модель, позволяющая оперативно рассчитывать динамику формирования взрывоопасных зон на территории химически опасного объекта при возникновении чрезвычайной ситуации. Эта модель может быть использована для оценки риска токсического поражения людей на химически опасном объекте при возникновении аварийных ситуаций. Практическая значимость. На базе разработанной численной модели создана компьютерная программа, позволяющая проводить серийные вычислительные эксперименты по определению динамики формирования зон химического заражения атмосферного воздуха. Для использования разработанной программы необходимы стандартные входные данные. Разработанная численная модель может быть использована для проведения серийных расчетов при разработке ПЛАСа (план ликвидации аварийной ситуации) для химически опасных объектов.
EN: Purpose. This work involves the development of a mathematical model for the calculation of hazardous areas during emergency ammonia emissions. As an example emergency ammonia emissions at the pumping station are considered. Methodology. To solve this problem, we used the equation for the flow of ideal liquid – the equation for the velocity potential. The numerical solution of this three-dimensional equation is carried out using the Richardson method. After determining the velocity potential, the air velocity field is calculated. To predict explosive zones, a numerical solution of the three-dimensional equation of the ammonia mass transfer is used. When using this mathematical model, the non-uniform field of the wind flow velocity, the change in the vertical coefficient of atmospheric diffusion with height, the intensity of ammonia emission, and the place of release of the chemically hazardous substance are taken into account. To numerically solve the equation of ammonia transport in atmospheric air, a difference splitting scheme is used. At each step of the splitting, the unknown value of ammonia concentration is de-termined by the explicit formula of the point-to-point computation. Findings. Based on the developed mathematical model, a computational experiment was conducted to assess the dynamics of the formation of explosive zones in the territory of a pumping station that pumps ammonia. Information was obtained on the formation of chemical contamination zones at the pumping station. Originality. A mathematical model has been developed that allows you to quickly calculate the dynamics of the formation of explosive zones in the territory of a chemically hazardous object in case of emergency. The developed mathematical model can be used to assess the risk of toxic damage to people at a chemically hazardous facility in case of emergency. Practical value. On the basis of the developed numerical model a computer program was created, which allows to carry out serial computational experiments to determine the formation dynamics of the chemical contamination zones of atmospheric air. Standard input data are required to use the developed program. The developed numerical model can be used for serial calculations in the development of the emergency response plan for chemically hazardous facilities.
RU: Цель. Данная работа предусматривает разработку математической модели для расчета взрывоопасных зон при аварийной эмиссии аммиака. В качестве примера рассмотрена аварийная эмиссия аммиака на территории перекачивающей насосной станции. Методика. Для решения поставленной задачи использовано уравнение для потока невязкой несжимаемой жидкости – уравнение для потенциала скорости. Численное решение данного трехмерного уравнения проведено с помощью метода Ричардсона. После определения потенциала скорости рассчитано поле скорости воздушного потока. Для прогнозирования взрывоопасных зон использовано численное решение трехмерного уравнения массопереноса аммиака. При использовании этой математической модели учтены неравномерное поле скорости ветрового потока, изменение вертикального коэффициента атмосферной диффузии с высотой, интенсивность эмиссии аммиака, место выброса химически опасного вещества. Для численного решения уравнения переноса аммиака в атмосферном воздухе использована разностная схема расщепления. На каждом шаге расщепления неизвестное значение концентрации аммиака определено по явной схеме бегущего счета. Результаты. На основе разработанной математической модели проведен вычислительный эксперимент по оценке динамики формирования взрывоопасных зон на территории насосной станции, перекачивающей аммиак. Получена информация о формировании зон химического заражения на территории насосной станции. Научная новизна. Разработана математическая модель, позволяющая оперативно рассчитывать динамику формирования взрывоопасных зон на территории химически опасного объекта при возникновении чрезвычайной ситуации. Эта модель может быть использована для оценки риска токсического поражения людей на химически опасном объекте при возникновении аварийных ситуаций. Практическая значимость. На базе разработанной численной модели создана компьютерная программа, позволяющая проводить серийные вычислительные эксперименты по определению динамики формирования зон химического заражения атмосферного воздуха. Для использования разработанной программы необходимы стандартные входные данные. Разработанная численная модель может быть использована для проведения серийных расчетов при разработке ПЛАСа (план ликвидации аварийной ситуации) для химически опасных объектов.
EN: Purpose. This work involves the development of a mathematical model for the calculation of hazardous areas during emergency ammonia emissions. As an example emergency ammonia emissions at the pumping station are considered. Methodology. To solve this problem, we used the equation for the flow of ideal liquid – the equation for the velocity potential. The numerical solution of this three-dimensional equation is carried out using the Richardson method. After determining the velocity potential, the air velocity field is calculated. To predict explosive zones, a numerical solution of the three-dimensional equation of the ammonia mass transfer is used. When using this mathematical model, the non-uniform field of the wind flow velocity, the change in the vertical coefficient of atmospheric diffusion with height, the intensity of ammonia emission, and the place of release of the chemically hazardous substance are taken into account. To numerically solve the equation of ammonia transport in atmospheric air, a difference splitting scheme is used. At each step of the splitting, the unknown value of ammonia concentration is de-termined by the explicit formula of the point-to-point computation. Findings. Based on the developed mathematical model, a computational experiment was conducted to assess the dynamics of the formation of explosive zones in the territory of a pumping station that pumps ammonia. Information was obtained on the formation of chemical contamination zones at the pumping station. Originality. A mathematical model has been developed that allows you to quickly calculate the dynamics of the formation of explosive zones in the territory of a chemically hazardous object in case of emergency. The developed mathematical model can be used to assess the risk of toxic damage to people at a chemically hazardous facility in case of emergency. Practical value. On the basis of the developed numerical model a computer program was created, which allows to carry out serial computational experiments to determine the formation dynamics of the chemical contamination zones of atmospheric air. Standard input data are required to use the developed program. The developed numerical model can be used for serial calculations in the development of the emergency response plan for chemically hazardous facilities.
Description
Л. Амеліна: ORCID 0000-0002-8525-7096; О. Берлов: ORCID 0000-0002-7442-0548; М. Малюгін: ORCID 0000-0001-9422-8265; З. Якубовська: ORCID 0000-0002-9893-3479
Keywords
хімічне забруднення атмосфери, аміак, чисельне моделювання, химическое загрязнение атмосферы, аммиак, численное моделирование, chemical pollution of the atmosphere, ammonia, numerical simulation, КГВ
Citation
Амеліна Л. В., Берлов О. В., Малюгін М. Г., Якубовська З. М. Розрахунок вибухонебезпечних зон у разі аварійної емісії аміакую. Наука та прогрес транспорту. 2019. № 5 (83). С. 7–15. DOI: 10.15802/stp2019/181478.