Методика прогнозирования последствий аварийных проливов бинарных растворов

• Автор: Салин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПАРЕНИЯ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
1.1 Теоретическое описание основных закономерностей процесса
1.2 Литобзор существующих математических моделей испарения
1.3 Математические модели распространения примеси в окружающей среде
1.4 Выводы по главе
ГЛАВА 2 ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ С ЛИТЕРАТУРНЫМИ ДАННЫМИ
2.1 Математическая модель испарения растворов
2.2 Проверка адекватности математической модели испарения
2.3 Математическая модель распространения примеси в атмосфере
2.4 Проверка адекватности математической модели распространения..
2.5 Описание разработанной методики
2.6 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ И ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСПАРЕНИЯ
3.1 Методика проведения и результаты натурного эксперимента
3.2 Методика проведения лабораторного эксперимента
3.3 Результаты проведения лабораторных исследований
3.4 Оценка погрешности измерений
3.5 Выводы по Главе
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1 Численные эксперименты по испарению водного раствора аммиака.
4.1.1 Исследование испарения водного раствора аммиака на открытой местности и при наличии препятствия на пути рассеяния примеси
4.1.2 Анализ влияния одиночного препятствия на характер распространения примеси
4.1.3 Сравнение расчетных характеристик испарения и размеров зон токсического поражения при различной толщине слоя испаряющейся жидкости
4.1.4 Оценка размеров зон токсического поражения при испарении водного раствора аммиака в условиях реальной застройки
4.1.5 Выводы по результатам численного моделирования испарения водного
раствора аммиака
4.2 Математическое моделирование испарения соляной кислоты
4.2.1 Исследование влияния устойчивости атмосферы на размеры зон токсического поражения хлородородом и интенсивность его испарения в зависимости от скорости ветра
4.2.2 Выводы по результатам численного моделирования испарения соляной кислоты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
b - толщина пролива [см]; с а - концентрация вещества А [моль/м3];
СР - удельная теплоёмкость, [Дж/(кг-К)];
Cv - удельная по массе изохорная теплоемкость;
Сg - массовая доля испаряющегося компонента в газовой фазе [кг/кг];
Pfl- коэффициент молекулярной диффузии, [м2/с];
D1 - коэффициент турбулентной диффузии, [м2/с]; gi - компонент вектора гравитации в /-ом направлении;
^-характеризует тепловой поток от атмосферы, [Вт/м2]; qs - тепловой поток, поступающий за счет солнечной радиации, [Вт/м2]; qp - тепловой поток от пролива вследствие длинноволнового излучения, [Вт/м2];
qar - тепловой поток, поглощаемый проливом вследствие длинноволнового излучения окружающей среды, [Вт/м2];
qbuik - тепловой поток от объема жидкости к поверхности пролива, [Вт/м2]; qgrd - тепловой поток от грунта к жидкости, [Вт/м2];
qCOnd - тепловой поток за счет конденсации водяных паров в окружающем пролив воздухе, [Вт/м2];
qwa/i - удельный тепловой поток через стенки обвалования;
h - энтальпия газовой фазы;
ho - начальная глубина пролива;
hvBuik - тепловое сопротивление слоя жидкости;
J- массовый поток испаряющегося компонента, [кг/(м2-с)]; к - турбулентная кинетическая энергия; ктр - коэффициент массопередачи [м/час];
Kstef- коэффициент, учитывающий влияние стефановского потока;
М- молекулярная масса, [г/моль]; т - масса испарившегося вещества [кг];
т soi - масса раствора, отнесенная к площади поверхности пролива, [кг/м2]; п - расстояние по нормали к поверхности;
Р - парциальное давление, [Па];
Р0 - атмосферное давление, [Па];
р° - давление насыщенных паров чистого /-ого компонента раствора;
Рг и Рг, - молекулярное и турбулентное числа Прандтля, соответственно; г - радиус зеркала пролива, [м];
Xi - характерный размер пролива (диаметр или его длина по направлению ветра), [м];
R = 82.05 (атм-см3/г-моль-К) - газовая постоянная;
Ro - универсальная газовая постоянная;
S - площадь, [м2];
Sg - интенсивность источника компонента, отнесенная к единице объема; Sc, Sc, - молекулярное и турбулентное число Шмидта, соответственно;
Т- температура, [К];

(1.47)
S-dt’
(1.48)
Таким образом количество образовавшегося пара выражается
несмотря на то, что в данной модели учитывается изменение состава жидкой фазы, и его влияние на интенсивность процесса, её применение сильно ограничено в ряде случаев. Например, в модели не учитывается влияние скорости обтекающего пролив потока воздуха на интенсивность парообразования, что не корректно в тех случаях, когда важно учесть взаимосвязь между процессами испарения вещества и его рассеяния в атмосфере.
Основной недостаток данных методик, как и большинства вышеперечисленных моделей, заключается в том, что они не учитывают комплексное взаимодействие между процессом испарения и структурой пограничного слоя.
Структура пограничного слоя может изменяться при испарении вещества с молекулярной массой М, отличной от молекулярной массы воздуха Mair. В том случае, когда М( < Mair может возникнуть плотностная конвекция, которая интенсифицирует процесс испарения [39]. К тому же, в работе [40] подчеркнуто, что конвективные возмущения зачастую несимметричны относительно центра пролива, а предположение позволяющее рассматривать поток как осесимметричную задачу может привести к значительному завышению вертикального градиента плотности и, как следствие, к ошибке при оценке интенсивности испарения.
В случае, когда Mt > Mair может наблюдаться подавление турбулентности и снижение интенсивности испарения вследствие эффекта стабильной стратификации [8]. Отсюда можно сделать вывод, что характер движения парогазовой смеси в прилегающих к проливу слоях атмосферы оказывает
логарифмической зависимостью от времени и площади пролива S (м2). Но,