Введение. Водород получает все более широкое применение в качестве рабочего тела в производственных циклах на предприятиях авиационно-космической промышленности

Водород получает все более широкое применение в качестве рабочего тела в производственных циклах на предприятиях авиационно-космической промышленности, а также на авиационном транспорте в качестве альтернативного топлива, безвредного для окружающей среды. Однако такие характеристики водорода, как низкая плотность, высокая энергия сгорания, быстрый переход от горения к детонации создают проблемы безопасного хранения, доставки водородного топлива, размещения раздаточных объектов по отношению к окружающим конструкциям. Нарушение герметичности оборудования, разрушение емкостей хранения водорода, сжатого под высоким давлением, приводят к выбросу его в атмосферу, формированию взрывоопасной смеси с воздухом. В результате этого возникает реальная угроза воспламенения водородно-воздушной смеси, детонационного взрыва, и, как следствие, значительного материального ущерба и человеческих жертв.

Взрыв водорода сопровождается возникновением области с высокими значениями температуры и давления. Первый фактор приводит к возгораниям и пожарам, а второй – к появлению мощной ударной волны, которая с большой скоростью распространяется от эпицентра взрыва, разрушая окружающие производственные и жилые постройки. Широкомасштабный физический эксперимент, моделирующий вышеперечисленные газодинамические явления, является дорогостоящим мероприятием, трудно переносимым на реальные условия промышленного предприятия. Поэтому целесообразно заменить физический эксперимент численным. Для прогнозирования нагрузок на конструкции, возникающих при взрыве, обычно определяют избыточное давление и импульс ударной волны на основе полуэмпирических уравнений регрессии [1-3]. Однако, используемые при этом экспериментальные данные, как правило, получены в открытом пространстве без учета сложного рельефа местности. Существующие в настоящее время методы численного моделирования перехода горения в детонацию, например [4], разработаны для модельных задач. Поэтому проблема создания математической модели, адекватно описывающей нестационарные процессы формирования взрывоопасных газовых смесей в трехмерном пространстве, их взрыва, с учетом химического взаимодействия компонент смесей, и дальнейшего рассеяния продуктов сгорания в атмосфере, является актуальной. Компьютерная система, которая реализует данную математическую модель, позволит анализировать и прогнозировать трехмерные поля концентрации взрывоопасной примеси, термодинамические параметры смеси во времени (до и после взрыва) и пространстве, оценивать возможные разрушения окружающих конструкций в результате воздействия взрывной ударной волны.