Моделирование процессов распространения токсичных компонентов топлива при эксплуатации жидкостных ракет

• Автор: Шереметьева, Ульяна Михайловна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1Л. Характеристики ракет-носителей
1Л Л. Ракеты-носители
1Л.2. Высоты отделения ступеней, районы падения, аварии
1Л .3. Характеристики типичных компонентов ракетных топлив
1.2. Характеристики атмосферы
1.2.1. Состав атмосферы. Стандартная атмосфера
1.2.2. Ветер
1.2.3 .Турбулентность
1.3. Обзор исследований по моделированию осаждения капель
1.3.1. Поведение капель атмосферных осадков
1.3.2. Поведение капель ракетного топлива в атмосфере
2. КОНЦЕПЦИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В РАЙОНАХ ПАДЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ РАКЕТНОЙ ТЕХНИКИ
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОСАЖДЕНИЯ КАПЕЛЬ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
3.1. Исследование деформации капли в потоке 5
3.1.1. Движение капли при умеренных числах Рейнольдса ' 6 О
3.1.2. Движение капли при малых числах Рейнольдса
3.2. Коэффициент аэродинамического сопротивления
3.3. Процессы коагуляции и дробления капель
3.4. Осаждение высоко концентрированной системы частиц
3.5. Модель нагрева и испарения капли
3.5.1. Испарение свободно падающей капли
3.5.2. Расчет скорости испарения капли 8О

3.5.3. Коэффициент диффузии в бинарных газовых системах
3.5.4. Алгоритм расчета испарения свободно падающей капли
3.5.5. Результаты исследования
4. ФИЗЖО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОБЛАКА КАПЕЛЬ В АТМОСФЕРЕ
4.1. Гравитационное осаждение капель
4.2. Алгоритмы численного решения уравнения движения капель
4.3. Результаты расчетов параметров облака капель
4.4. Моделирование движения полидисперсных капель с учетом ветра
4.4.1. Физико-математическая постановка задачи
4.4.2. Оценка максимального размера капель
4.4.3. Характеристики распределения частиц
4.4.4. Результаты исследования
5. КОМПЛЕКСНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ
ОБЛАКА КАПЕЛЬ В АТМОСФЕРЕ
5.1. Диффузия аэрозольного облака капель
5.1.1. Общие подходы к моделированию
5.1.2. Физическая постановка задачи
5.1.3. Математическая постановка задачи
5.1.4. Коэффициенты турбулентной диффузии
5.1.5 Численный метод (метод Рунге-Кутта)
5.2. Комплексная модель движения облака капель
5.3. Анализ результатов исследования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
А - безразмерное ускорение в относительном движении; а - скорость звука;
С - мольная плотность смеси (С = СА + Ск);
СГ) - коэффициент аэродинамического сопротивления;
Сп - счетная концентрация частиц; ср - удельная теплоемкость жидкости;
О -диаметр частиц;
ВАВ - массовый коэффициент диффузии при Т=21Ъ К, р=1атм; Дав - коэффициент диффузии для произвольных условий (р, Т); Р - сила;
Ра - сила Архимеда,
/у - сила аэродинамического сопротивления,
- сила тяжести;
/о - функция сопротивления;
р(г) - функция счетного распределения частиц по размерам; ё(г)~ функция массового распределения частиц по размерам;
£ - ускорение свободного падения;
Н- высота;
п - высота над уровнем Земли;
АА - мольный диффузионный поток вещества А;
Кх - коэффициент массоотдачи;
К, - коэффициент турбулентной диффузии;
М- масса жидкости; та - масса агломерата; тр - масса частицы;
т - средняя арифметическая масса частиц;

для окружающей среды факторов. Принятая методология прогнозирования должна позволять на последующем этапе вводить экспертные оценки влияния токсикантов и корректировать итоговый ущерб территорий. Чем большее количество моделей процессов, физических явлений и факторов будет привлекаться к построению сценариев событий и чем глубже и адекватнее к реальности будут эти модели, тем точнее возможен итоговый прогноз. И физические сценарии, и привлекаемые модели должны быть открытыми для дополнения и уточнения.
Рисунок 2.1. Схема рассматриваемой задачи
В качестве примеров можно привести несколько сценариев развития процесса спуска отделенных ступеней ракет-носителей, разгерметизации баков и распространения загрязнений (рис. 2.1).
Сценарий № 1. Предполагается, что отделенная от носителя ступень сохранила целостность в период падения. В момент удара о землю предполагается ее разрушение и вытекание компонентов топлива. Несимметричный диметилгидразин как горючее и окислитель на основе азотной кислоты при контакте самовоспламеняются. Этот факт позволяет сделать предположение, что вытекший “гарантийный запас” компонентов частично сгорит. Продукты горения, имея высокую температуру, устремятся вверх с большой скоростью и увлекут за собой какую-то часть не прореагировавших токсичных компонентов. Продукты горения, увлеченный несгоревший компонент представляют высокотемпературную аэрозольную смесь, которая расширяется, остывает и поднимается на высоту зависания, а затем переносится ветром и под действием силы тяжести оседает на