Моделирование распространения и накопления жидких сбросов

• Автор: Гильманов, Салават Ахатович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 106 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
§1.1. Описание растекания в литературе
1.1.1. Работы, описывающие разлив в виде цилиндрического пятна на поверхности грунта или воды
1.1.2. Квазиодпомерные подходы к описанию растекания жидкости _
1.1.3. Многомерные модели растекания жидкости над поверхностью грунта
§1.5. Учет сопротивления со стороны окружающей среды
§1.6. Учет впитывания в грунт
§1.7. Струйные течения
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСТЕКАНИЯ ЖИДКОСТИ _
§ 2.1. Уравнения, описывающие эволюцию объема жидкости
§ 2.2. Инерционное растекание конечного объема жидкости.________36 .
§ 2.3. Бсзинерционный режим растекания
§ 2.4. Особенности растекания при наличии впитывания в грунт
§ 2.5. Распространение лужи от источника постоянной интенсивности 58' ■
§2.6. Сравнение с экспериментом
ГЛАВА 3 РАСТЕКАНИЕ ЖИДКОСТИ ПО ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТА С УЧЕТОМ ВПИТЫВАНИЯ В ГРУНТ
§ 3.1.Стационарные течения
§3.2. Результаты расчетов
ГЛАВА 4 СТРУЙНОЕ ТЕЧЕНИЕ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ
§4.1. Математическая модель струйного течения
§4.2.Распространение струи в стоячей воде
§4.3. Распространение струи в потоке
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
В работе рассмотрены процессы растекания жидких сбросов вдоль земной поверхности с учетом сопротивления земной поверхности, наземной растительности и впитывания в грунт. Выявлены основные закономерности растеканий, проанализировано влияние сил сопротивления. Исследовано распространение струи жидкости с положительной плавучестью в воде. Изучено влияние начальных условий струи на ее эволюцию.
Актуальность темы. В народном хозяйстве и природе широко распространены процессы, связанные со сбросом Жидких отходов в окружающую среду. Актуальность изучения таких процессов связана, прежде всего, с вопросами локализации, ликвидации и профилактики вероятных выбросов. Подобные сбросы могут содержать отравляющие, легковоспламенимые или летучие вещества. В литературе встречается ; большое количество работ, посвященных различным аспектам распространения и накопления сбросов (Кучмент Л.С., Полубаринова- -Кочина Г1.Я., Седов Л.И. и др.); нормативы, СНиПы, отчеты, выполненные
государственными учреждениями. Однако исследование применения ,

квазиодномерных моделей растекания радиально симметричных сбросов па основе теории «мелкой воды» не является полным с точки зрения учета взаимодействия с флорой и грунтом.
Струйные течения, возникающие в результате гильотинного разрыва подводного трубопровода, являются интересной и сложной задачей гидромеханики. Несмотря на большой интерес к струйным течениям со стороны исследователей (Абрамович Г.Н., Ландау Л. Д. и др.) некоторые вопросы учета взаимодействия струй с окружающей более плотной жидкой средой до сих пор четко не проработаны.
Исходя из вышесказанного необходимость разработки математических моделей для описания радиально симметричных сбросов на горизонтальной поверхности и уточнения принятой модели струйного течения, позволяющих
прогнозировать поведение жидких сбросов с достаточной достоверностью, является актуальной.
Объекты исследования:
1) Модель растекания радиально — симметричного выброса над горизонтальной поверхностью, сопровождаемого впитыванием в грунт.
2) Модель осесимметричной струи жидкости, не смешивающейся с окружающей более плотной жидкой средой.
Предмет исследования: Процессы распространения и накопления жидких сбросов при радиально - симметричном растекании над горизонтальной поверхностью, сопровождаемого впитыванием в грунт. Осесимметричное струйное течение жидкости, не смешивающейся с более плотной жидкой средой.
Цель работы. Изучение процессов распространения жидких радиально симметричных сбросов по поверхности горизонтального грунта, сопровождаемых впитыванием в грунт на основе теории «мелкой воды». Изучение процесса распространения осесимметричной струи, не смешивающейся с окружающей жидкостью. Выявление качественных закономерностей отмеченных явлений и факторов, оказывающих наибольшее влияние на параметры сбросов.
В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Аналитическое моделирование процесса инерционного и безынерционного растекания радиально симметричных сбросов, на основе теории «мелкой воды».
2. Исследование влияния сил сопротивления со стороны флоры, со стороны земной поверхности, влияния параметров грунта и свойств жидкости на параметры растекающейся жидкости при наличии впитывания в грунт.
3. Изучение процесса всплытия стационарной осесимметричной струи в потоке на основе принятой математической модели.
Достоверность. Достоверность результатов диссертации основана на
с = -д|/6,

Где Я — гидравлический радиус, п — коэффициент шероховатости стенок русла. Для определения п в литературе представлены различные подходы [94, 95] в зависимости от типа русел с различной степенью зарастаемости. Экспериментальные данные приведены в [157].
Для нашего случая примем, что Я = И, тогда получим
Считая, что И' = ^п2^ , где И' - эффективный параметр, отвечающий за шероховатость поверхности Земли. Тогда для Л, получим
Подставляя А. выражение для г(С), получим окончательное выражение для задания силы сопротивления г(С) по закону Маннинга
Приведем оценки для слагаемых в уравнении импульсов (2.1.2). Пусть К, г, и Д — характерные линейные масштабы (толщина, радиус) лужи и время процесса. Характерные скорости течения для рассматриваемой системы лимитируются величиной скорости воды С,, определяемой как
Тогда для коэффициента Л можем записать
(2.1.10)
С, = ■lgh- ■ Принимая за характерный перепад скорости эту величину, будем
иметь