Emergency Burning of Solid Rocket Propellant: Damage Risk Assessment to People in the Workplace
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Dnipro
Abstract
EN: Purpose. This work includes the development of a computer model to calculate the risk of thermal damage to people in the shop in case of emergency burning of solid rocket propellant. Methodology. To calculate the temperature field in the shop in order to determine the zones of thermal damage to workers in the building, the equation expressing the law of energy conservation was used. Based on this modeling equation, the temperature field in the shop is calculated in the presence of a source of heat emission – burning solid rocket propellant. To calculate the velocity field of air flow in the shop, taking into account the location of obstacles in the path of heat wave propagation, we used the model of vortex-free air motion – the equation of the velocity potential. A two-step finite difference scheme of conditional approximation is used to numerically solve the equation for the velocity potential. A difference splitting scheme was used to numerically solve the energy equation. At the first stage of construction of the difference splitting scheme of the two-dimensional energy equation into the system of one-dimensional equations is performed. Each one-dimensional equation allows you to calculate the temperature change in one coordinate direction. The point-to-point computation scheme is used to determine the temperature. When conducting a computational experiment, the air exchange in the building is taken into account. The risk assessment of thermal damage to personnel in the building is performed for different probabilities of the place of emergency combustion of solid rocket propellant. Findings. Using numerical model prediction of the potential risk areas of thermal damage to staff in the shop for a variety of emergency situations was performed. Originality. A computer model for rapid assessment of the potential risk of damage to people in the shop in case of emergency burning of solid rocket propellant was constructed. Practical value. The authors developed a code that allows you to quickly simulate the temperature fields formation in the shop in case of emergency burning of solid rocket propellant and to identify potential areas of thermal damages to workers based on this information. The developed computer program can be used to assess the risk of thermal damage in the chemical industry in case of emergency.
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку комп’ютерної моделі для розрахунку ризику термічного ураження людей у цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Методика. Для розрахунку поля температури в цеху, з метою визначення зон термічного ураження працівників у приміщенні, використано рівняння, що виражає закон збереження енергії. На базі цього моделювального рівняння розраховано поле температур у цеху за наявності джерела емісії тепла – твердого ракетного палива, що горить. Розрахунок поля швидкості повітряного потоку в цеху, з урахуванням розташування перешкод на шляху розповсюдження теплової хвилі, проведено на базі моделі безвихрового руху повітря – рівняння потенціалу швидкості. Чисельне розв’язання рівняння для потенціалу швидкості виконано за допомогою двокрокової скінченнорізницевої схеми умовно апроксимації. Для чисельного розв’язання рівняння енергії використано різницеву схему розщеплення. На першому етапі побудови різницевої схеми виконано розщеплення двовимірного рівняння енергії на систему одновимірних рівнянь. Кожне одновимірне рівняння дозволяє розрахувати зміну температури в одному координатному напрямку. Для визначення температури використано схему біжучого рахунку. Під час проведення обчислювального експерименту враховано повітрообмін у приміщенні. Оцінку ризику термічного ураження персоналу в приміщенні виконано для різних вірогідностей місця аварійного горіння твердого ракетного палива. Результати. За допомогою розробленої чисельної моделі виконано прогнозування зон потенціального ризику термічного ураження персоналу в цеху для різних аварійний ситуацій. Наукова новизна. Побудовано комп’ютерну модель для експрес-оцінки потенціального ризику термічного ураження людей в цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Практична значимість. Розроблено код, що дозволяє швидко моделювати формування температурних полів у цеху у випадку аварійного горіння твердого ракетного палива, та на базі цієї інформації визначати зони потенціального термічного ураження працівників. Розроблена комп’ютерна програма може бути використана для оцінки ризику термічного ураження на підприємствах хімічної промисловості в разі виникнення аварійних ситуацій.
RU: Цель. Эта работа предусматривает разработку компьютерной модели для расчета риска термического поражения людей в цехе при аварийном горении твердого ракетного топлива. Методика. Для расчета поля температуры в цехе, с целью определения зон термического поражения работников в помещении, использовано уравнение, выражающее закон сохранения энергии. На базе этого моделирующего уравнения рассчитано поле температур в цехе при наличии источника эмиссии тепла – горящего твердого ракетного топлива. Расчет поля скорости воздушного потока в цехе, с учетом расположения препятствий на пути распространения тепловой волны, проведен на базе модели безвихревого движения воздуха – уравнения потенциала скорости. Численное решение уравнения для потенциала скорости выполнено с помощью двухшаговой конечноразностной схемы условной аппроксимации. Для численного решения уравнения энергии использована разностная схема расщепления. На первом этапе построения разностной схемы выполнено расщепление двумерного уравнения энергии на систему одномерных уравнений. Каждое одномерное уравнение позволяет рассчитать изменение температуры в одном координатном направлении. Для определения температуры использована схема бегущего счета. При проведении вычислительного эксперимента учтен воздухообмен в помещении. Оценку риска термического поражения персонала в помещении выполнено для различных вероятностей места аварийного горения твердого ракетного топлива. Результаты. С помощью разработанной численной модели выполнено прогнозирование зон потенциального риска термического поражения персонала в цехе для различных аварийный ситуаций. Научная новизна. Построена компьютерная модель для экспресс-оценки потенциального риска термического поражения людей в цехе в случае аварийного горения твердого ракетного топлива. Практическая значимость. Разработан код, позволяющий быстро моделировать формирования температурных полей в цехе при аварийном горении твердого ракетного топлива, и на базе этой информации определять зоны потенциального термического поражения работников. Разработанная компьютерная программа может быть использована для оценки риска термического поражения на предприятиях химической промышленности в случае возникновения аварийных ситуаций.
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку комп’ютерної моделі для розрахунку ризику термічного ураження людей у цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Методика. Для розрахунку поля температури в цеху, з метою визначення зон термічного ураження працівників у приміщенні, використано рівняння, що виражає закон збереження енергії. На базі цього моделювального рівняння розраховано поле температур у цеху за наявності джерела емісії тепла – твердого ракетного палива, що горить. Розрахунок поля швидкості повітряного потоку в цеху, з урахуванням розташування перешкод на шляху розповсюдження теплової хвилі, проведено на базі моделі безвихрового руху повітря – рівняння потенціалу швидкості. Чисельне розв’язання рівняння для потенціалу швидкості виконано за допомогою двокрокової скінченнорізницевої схеми умовно апроксимації. Для чисельного розв’язання рівняння енергії використано різницеву схему розщеплення. На першому етапі побудови різницевої схеми виконано розщеплення двовимірного рівняння енергії на систему одновимірних рівнянь. Кожне одновимірне рівняння дозволяє розрахувати зміну температури в одному координатному напрямку. Для визначення температури використано схему біжучого рахунку. Під час проведення обчислювального експерименту враховано повітрообмін у приміщенні. Оцінку ризику термічного ураження персоналу в приміщенні виконано для різних вірогідностей місця аварійного горіння твердого ракетного палива. Результати. За допомогою розробленої чисельної моделі виконано прогнозування зон потенціального ризику термічного ураження персоналу в цеху для різних аварійний ситуацій. Наукова новизна. Побудовано комп’ютерну модель для експрес-оцінки потенціального ризику термічного ураження людей в цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Практична значимість. Розроблено код, що дозволяє швидко моделювати формування температурних полів у цеху у випадку аварійного горіння твердого ракетного палива, та на базі цієї інформації визначати зони потенціального термічного ураження працівників. Розроблена комп’ютерна програма може бути використана для оцінки ризику термічного ураження на підприємствах хімічної промисловості в разі виникнення аварійних ситуацій.
RU: Цель. Эта работа предусматривает разработку компьютерной модели для расчета риска термического поражения людей в цехе при аварийном горении твердого ракетного топлива. Методика. Для расчета поля температуры в цехе, с целью определения зон термического поражения работников в помещении, использовано уравнение, выражающее закон сохранения энергии. На базе этого моделирующего уравнения рассчитано поле температур в цехе при наличии источника эмиссии тепла – горящего твердого ракетного топлива. Расчет поля скорости воздушного потока в цехе, с учетом расположения препятствий на пути распространения тепловой волны, проведен на базе модели безвихревого движения воздуха – уравнения потенциала скорости. Численное решение уравнения для потенциала скорости выполнено с помощью двухшаговой конечноразностной схемы условной аппроксимации. Для численного решения уравнения энергии использована разностная схема расщепления. На первом этапе построения разностной схемы выполнено расщепление двумерного уравнения энергии на систему одномерных уравнений. Каждое одномерное уравнение позволяет рассчитать изменение температуры в одном координатном направлении. Для определения температуры использована схема бегущего счета. При проведении вычислительного эксперимента учтен воздухообмен в помещении. Оценку риска термического поражения персонала в помещении выполнено для различных вероятностей места аварийного горения твердого ракетного топлива. Результаты. С помощью разработанной численной модели выполнено прогнозирование зон потенциального риска термического поражения персонала в цехе для различных аварийный ситуаций. Научная новизна. Построена компьютерная модель для экспресс-оценки потенциального риска термического поражения людей в цехе в случае аварийного горения твердого ракетного топлива. Практическая значимость. Разработан код, позволяющий быстро моделировать формирования температурных полей в цехе при аварийном горении твердого ракетного топлива, и на базе этой информации определять зоны потенциального термического поражения работников. Разработанная компьютерная программа может быть использована для оценки риска термического поражения на предприятиях химической промышленности в случае возникновения аварийных ситуаций.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; O. Berlov: ORCID 0000-0002-7442-0548; V. Biliaieva: ORCID 0000-0003-2399-3124; V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532; I. Kalashnikov: ORCID 0000-0002-2814-380
Keywords
numerical modeling, risk of damage, emergency burning of solid rocket propellant, thermal pollution of air, чисельне моделювання, ризик ураження, аварійне горіння твердого ракетного палива, теплове забруднення повітря, численное моделирование, риск поражения, аварийное горение твердого ракетного топлива, тепловое загрязнение воздуха, КГВ
Citation
Biliaiev M. M., Berlov O. V., Biliaieva V. V., Kozachyna V. A., Kalashnikov I. V. Emergency Burning of Solid Rocket Propellant: Damage Risk Assessment to People in the Workplace. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 3 (87). С. 7–15. DOI: 10.15802/stp2020/208097.