Risk Assessment of Thermal Damage to People at Industrial Sites in Case of Emergency Burning Solid Propellant
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: Purpose. This work involves the development of a numerical model for the calculation of areas of thermal damage to people in the event of solid propellant burning at the industrial site. Methodology. An equation expressing the law of energy conservation was used to solve the problem of determining the areas of thermal shock of people at the industrial site. A potential flow model was used to calculate the airflow velocity field in the presence of buildings at the industrial site where an emergency occurs. The numerical solution of the two-dimensional equation for the velocity potential is derived using the Liebmann method. This numerical model takes into account the uneven velocity field of the wind flow that is formed near industrial buildings. An implicit difference splitting scheme was used to numerically solve the energy equation. The physical splitting of a two-dimensional energy equation into a system of one-dimensional equations describing the temperature transfer in one coordinate direction has been carried out previously. At each splitting step, the unknown temperature value is determined by an explicit point-to-point computation scheme. Based on the numerical model built, the code using the FORTRAN algorithm language is created. Findings. Based on the developed numerical model, a computational experiment was conducted to evaluate the risk of thermal damage to people at the industrial site where solid propellants are produced. The dangerous areas for personnel are identified. Originality. An efficient numerical model has been developed to calculate the zones of thermal pollution in case of solid propellant burning. Practical value. Based on the developed mathematical model, a computer program was created, which allows performing serial calculations for determining the zones of thermal damage during emergencies at the chemically hazardous objects. The mathematical model developed can be used to design an emergency response plan for chemically hazardous objects.
RU: Цель. Данная работа предусматривает разработку численной модели для расчета зон термического поражения людей при аварийном горении твердого ракетного топлива на территории промышленного объекта. Методика. Для решения поставленной задачи – определения зон термического поражения людей на территории промышленного объекта – использовано уравнение, выражающее закон сохранения энергии. Для расчета поля скорости воздушного потока при наличии зданий на территории промышленного объекта, где имеет место аварийная ситуация, использована модель потенциального течения. Численное решение двумерного уравнения для потенциала скорости проведено с помощью метода Либмана. При использовании этой численной модели учтено неравномерное поле скорости ветрового потока, формируемого у промышленных зданий. Для численного решения уравнения энергии использовано неявную разностную схему расщепления. Предварительно осуществлено физическое расщепление двумерного уравнения энергии на систему одномерных уравнений, описывающих перенос температуры в одном координатном направлении. На каждом шагу расщепления неизвестное значение температуры определено по явной схеме бегущего счета. На базе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке FORTRAN. Результаты. На основе разработанной численной модели проведен вычислительный эксперимент для оценки риска термического поражения людей на территории промышленного объекта, где изготовляют твердое ракетное топливо. Определены зоны, опасные для нахождения персонала. Научная новизна. Разработана эффективная численная модель, позволяющая рассчитывать зоны термического загрязнения в случае аварийного горения твердого ракетного топлива. Практическая значимость. На базе разработанной математической модели создана компьютерная программа, которая дает возможность проводить серийные расчеты для определения зон термического поражения при чрезвычайных ситуациях на территории химически опасных объектов. Данная математическая модель может быть использована при разработке плана ликвидации аварийной ситуации (ПЛАС) для химически опасных объектов.
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку чисельної моделі для розрахунку зон термічного ураження людей у разі аварійного горіння твердого ракетного палива на території промислового об’єкта. Методика. Для розв’язання поставленої задачі – визначення зон термічного ураження людей на території промислового об’єкта – використано рівняння, що виражає закон збереження енергії. Для розрахунку поля швидкості повітряного потоку за наявності будівель на території промислового об’єкта, де має місце аварійна ситуація, використано модель потенціальної течії. Чисельне розв’язання двовимірного рівняння для потенціалу швидкості проведено за допомогою методу Лібмана. Під час використання цієї чисельної моделі враховано нерівномірне поле швидкості вітрового потоку, що формується біля промислових будівель. Для чисельного розв’язання рівняння енергії використано неявну різницеву схему розщеплення. Попередньо здійснено фізичне розщеплення двовимірного рівняння енергії на систему одновимірних рівнянь, що описують перенос температури в одному координатному напрямку. На кожному кроці розщеплення невідоме значення температури визначено за явною схемою біжучого рахунку. На базі побудованої чисельної моделі створено код за допомогою алгоритмічної мови FORTRAN. Результати. На основі розробленої чисельної моделі проведено обчислювальний експеримент для оцінки ризику термічного ураження людей на території промислового об’єкта, де виготовляють тверде ракетне паливо. Визначено зони, які є небезпечними для перебування персоналу. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель, що дозволяє розраховувати зони термічного забруднення в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Практична значимість. На базі розробленої математичної моделі створено комп’ютерну програму, що дає можливість проводити серійні розрахунки для визначення зон термічного ураження під час надзвичайних ситуацій на території хімічно небезпечних об’єктів. Ця модель може бути використана під час розробки плану ліквідації аварійної ситуації (ПЛАС) для хімічно небезпечних об’єктів.
RU: Цель. Данная работа предусматривает разработку численной модели для расчета зон термического поражения людей при аварийном горении твердого ракетного топлива на территории промышленного объекта. Методика. Для решения поставленной задачи – определения зон термического поражения людей на территории промышленного объекта – использовано уравнение, выражающее закон сохранения энергии. Для расчета поля скорости воздушного потока при наличии зданий на территории промышленного объекта, где имеет место аварийная ситуация, использована модель потенциального течения. Численное решение двумерного уравнения для потенциала скорости проведено с помощью метода Либмана. При использовании этой численной модели учтено неравномерное поле скорости ветрового потока, формируемого у промышленных зданий. Для численного решения уравнения энергии использовано неявную разностную схему расщепления. Предварительно осуществлено физическое расщепление двумерного уравнения энергии на систему одномерных уравнений, описывающих перенос температуры в одном координатном направлении. На каждом шагу расщепления неизвестное значение температуры определено по явной схеме бегущего счета. На базе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке FORTRAN. Результаты. На основе разработанной численной модели проведен вычислительный эксперимент для оценки риска термического поражения людей на территории промышленного объекта, где изготовляют твердое ракетное топливо. Определены зоны, опасные для нахождения персонала. Научная новизна. Разработана эффективная численная модель, позволяющая рассчитывать зоны термического загрязнения в случае аварийного горения твердого ракетного топлива. Практическая значимость. На базе разработанной математической модели создана компьютерная программа, которая дает возможность проводить серийные расчеты для определения зон термического поражения при чрезвычайных ситуациях на территории химически опасных объектов. Данная математическая модель может быть использована при разработке плана ликвидации аварийной ситуации (ПЛАС) для химически опасных объектов.
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку чисельної моделі для розрахунку зон термічного ураження людей у разі аварійного горіння твердого ракетного палива на території промислового об’єкта. Методика. Для розв’язання поставленої задачі – визначення зон термічного ураження людей на території промислового об’єкта – використано рівняння, що виражає закон збереження енергії. Для розрахунку поля швидкості повітряного потоку за наявності будівель на території промислового об’єкта, де має місце аварійна ситуація, використано модель потенціальної течії. Чисельне розв’язання двовимірного рівняння для потенціалу швидкості проведено за допомогою методу Лібмана. Під час використання цієї чисельної моделі враховано нерівномірне поле швидкості вітрового потоку, що формується біля промислових будівель. Для чисельного розв’язання рівняння енергії використано неявну різницеву схему розщеплення. Попередньо здійснено фізичне розщеплення двовимірного рівняння енергії на систему одновимірних рівнянь, що описують перенос температури в одному координатному напрямку. На кожному кроці розщеплення невідоме значення температури визначено за явною схемою біжучого рахунку. На базі побудованої чисельної моделі створено код за допомогою алгоритмічної мови FORTRAN. Результати. На основі розробленої чисельної моделі проведено обчислювальний експеримент для оцінки ризику термічного ураження людей на території промислового об’єкта, де виготовляють тверде ракетне паливо. Визначено зони, які є небезпечними для перебування персоналу. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель, що дозволяє розраховувати зони термічного забруднення в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Практична значимість. На базі розробленої математичної моделі створено комп’ютерну програму, що дає можливість проводити серійні розрахунки для визначення зон термічного ураження під час надзвичайних ситуацій на території хімічно небезпечних об’єктів. Ця модель може бути використана під час розробки плану ліквідації аварійної ситуації (ПЛАС) для хімічно небезпечних об’єктів.
Description
М. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882;O. Berlov, ORCID 0000-0002-7442-0548; V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532; I. Kalashnikov: ORCID 0000-0002-2814-380; O. Shevchenko: ORCID 0000-0001-9907-3610
Keywords
risk of thermal damage, emergency burning of solid propellant, mathematical modelling, риск термического поражения, аварийное горение твердого ракетного топлива, математическое моделирование, ризик термічного ураження, аварійне горіння твердого ракетного палива, математичне моделювання, КГВ
Citation
Biliaiev M. M., Berlov O. V., Kozachyna V. A., Kalashnikov I. V., Shevchenko O. V. Risk Assessment of Thermal Damage to People at Industrial Sites in Case of Emergency Burning Solid Propellant. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 1 (85). С. 7–16. DOI: 10.15802/stp2020/200752.