Заключение. Разработана математическая модель газодинамических процессов формирования двухкомпонентной взрывоопасной газовой смеси

Разработана математическая модель газодинамических процессов формирования двухкомпонентной взрывоопасной газовой смеси, ее взрыва и рассеяния продуктов сгорания в атмосфере. Конечно-разностная схема развита для случая трехмерной системы уравнений движения газовой динамики, дополненной законами сохранения массы газовой примеси и продуктов сгорания. Разработан алгоритм расчета теплофизических параметров смеси газов, образующихся в результате мгновенного взрыва с учетом химического взаимодействия. Рассмотрен алгоритм численного решения полученной разностной схемы на основе метода С.К.Годунова. Разработана компьютерная система, моделирующая взрывы обогащенных и обедненных взрывоопасных газовых смесей в атмосфере. Верификация математической модели показала приемлемую ее точность в сравнении с известными экспериментальными данными, что позволяет использовать ее для моделирования последствий возможных аварий на промышленных объектах хранения водорода.

Выполнено численное моделирование взрыва облака газообразного водорода, образовавшегося в результате мгновенного разрушения баллонов высокого давления на заправочной станции. Проведен анализ различных способов защиты зданий окружающей застройки от разрушительного воздействия ударной взрывной волны. Показано, что рассмотренные виды защитных сооружений (частичное или полное обвалование эпицентра взрыва, отбойная стена у зданий застройки) оказывают влияние на распределение давления в расчетной области, но не позволяют снизить максимальное избыточное давление на стенах зданий застройки до безопасного уровня. В качестве наиболее эффективных средств защиты сооружений от воздействия взрывной ударной волны могут быть рекомендованы использование отбойных стен в непосредственной близости от застройки и удаление взрывоопасных объектов от зданий. При выборе размеров зон отчуждения следует учитывать трехмерный характер ударной волны с учетом существенного увеличения амплитуды избыточного давления вблизи зданий.

Выполнено численное моделирование взрыва облака газообразного водорода. Полученные результаты расчетов качественно отвечают ожидаемой физической картине и количественно могут быть использованы для прогноза возможных разрушений близлежащих строений.

Литература

1. Взрывные явления. Оценки и последствия: В 2-х кн. Пер. с англ. / Бейкер У. и др.; под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда. – М.: Мир, 1986.– 319 с.

2. Когарко С.М., Адушкин В.В., Лямин А.Г. Исследование сферической детонации газовых смесей // Научно-технические проблемы горения.­­­­ 1965.– №2.– С. 22-34.

3. Борисов А.А., Гельфанд Б.Е., Цыганов С.А. О моделировании волн давления, образующихся при детонации и горении газовых смесей // Физика горения и взрыва.– 1985.– №2.– С. 163-165.

4. Парр-Сантос М.Т., Кастро-Руис Ф., Мендес-Буено Ц. Численное моделирование перехода горения в детонацию // Физика горения и взрыва.– 2005.– т. 41, №2.– С. 108-115.

5. Шенг Дж. С. Обзор численных методов решения уравнений Навье-Стокса для течений сжимаемого газа // Аэрокосмическая техника.– 1986.– №2.– С. 65-92.

6. Скоб Ю.А. Численное моделирование взрывов газо-воздушных смесей в атмосфере // Авиационно-космическая техника и технология.– 2007.–
№ 3(39).– С. 72-78.

7. Numerical Modeling of Hydrogen Release, Mixture and Dispersion in Atmosphere / E.A. Granovskiy, V.A. Lyfar, Yu.A. Skob, M.L. Ugryumov // Abstracts Book and CD–ROM Proceedings of the 1-st International Conference on Hydrogen Safety. – Pisa (Italy). – 2005. – 10 p. (ICHS Paper No. 110021)

8. Берлянд M.E., Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. – 448 с.

9. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов, А.В. Забродин,
М.Я. Иванов, А.Н. Крайко, Г.П. Прокопов. – М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1976. – 400 с.

10. Computational Modeling of Pressure Effects from Hydrogen Explosions / E.A. Granovskiy, V.A. Lyfar, Yu.A. Skob, M.L. Ugryumov // Abstracts Book and CD–ROM Proceedings of the 2-nd International Conference on Hydrogen Safety. – San Sebastian (Spain). – 2007. – 15 p. (ICHS Paper No. 1.3.52)

11. Safety and Security Analysis: Investigative Report by NASA on Proposed EPA Hydrogen-Powered Vehicle Fueling Station. Assessment and Standards Division Office of Transportation and Air Quality U.S. Environment Protection Agency, EPA420-R-04-016 October 2004. – 45 p.