Математическое моделирование на параллельных системах последствий химических аварий

• Автор: Мурин, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 201 с. : ил

Оглавление

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 Актуальность темы исследования

2 Современное состояние проблемы моделирования химических аварий

3 Необходимость развития методов математического моделирования

4 Цель, предмет и задачи исследования диссертационной работы

5 Структура диссертационной работы >

6 На защиту выносятся

1 7 Научная новизна

8 Достоверность и обоснованность
9 Декларация личного участия автора
10 Апробация работы и публикации
11 Практическая полезность и реализация результатов
12 Благодарности
ГЛАВА 1 МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ИСПАРЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ
1.1 Обзор существующих моделей
1.2 Модель изотермического испарения высокотоксичных веществ
1.3 Проверка адекватности модели изотермического испарения
1.4 Модель испарения в вентилируемом пространстве
1.5 Модель открытого испарения в атмосферу
1.6 Заключение
ГЛАВА 2 МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ ПРИМЕСИ В АТМОСФЕРЕ
2.1 Обзор существующих моделей
2.2 Математическая модель
2.3 Вычислительная модель
2.4 Верификация модели
2.5 Заключение
ГЛАВА 3 МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА РИСКА ХИМИЧЕСКИХ АВАРИЙ
3.1 Обзор существующих моделей
3.2 Математическая модель
3.3 Вычислительная модель
3.4 Заключение
ГЛАВА 4 ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПОСЛЕДСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ АВАРИЙ
4.1 Обзор программного обеспечения моделирования
4.2 Требования к программному комплексу
4.3 Архитектура комплекса «ХимРиск»
4.4 Подсистема «Источники»
4.5 Подсистема «Атмосфера»
4.6 Подсистема «Риск»
4.7 Заключение
ГЛАВА 5 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ ПРИ РАБОТАХ С ТОКСИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
5.1 Краткий обзор подходов к проблеме
5.2 Вероятные сценарии аварий на объектах с химическим оружием
5.3 Объект по уничтожению химического оружия в Курганской области
5.4 Арсенал химического оружия в Курганской области
5.5 Итоговая оценка риска хранения и уничтожения химического оружия
5.6 Объекты с химическим оружием в Кизнерском районе Удмуртии
5.7 Комплекс по утилизации зарядов твердотопливных ракетных двигателей
5.8 Сопоставление объектов по уровню опасности
5.9 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРКИ АДЕКВАТНОСТИ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИСПАРЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ТЕСТИРОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЧИСЛЕННЫХ СХЕМ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ
Б.1 Обоснование разностной схемы

Б.2 Задача № 1. Испарение в пограничный слой
Б.З Задача № 2. Стационарный источник
Б.4 Задача № 3. Стационарный источник в неоднородном пограничном слое
Б.5 Задача № 4. Стационарный источник тяжелой примеси
Б.6 Задача № 5. Мгновенный источник
Б.7 Выводы
ПРИЛОЖЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЫ ВЕРИФИКАЦИИ МОДЕЛИ РАССЕЯНИЯ ПРИМЕСИ В АТМОСФЕРЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА ОБЪЕКТАХ В КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Г.1 Размещение объектов на местности
Г.2 Выборка метеорологических условий
Г.З Сценарии случайных ситуаций и исходные условия
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА ОБЪЕКТАХ В УДМУРТИИ
Д.1 Сценарии случайных ситуаций и исходные условия
ПРИЛОЖЕНИЕ Е ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА КУРДТТ В УДМУРТИИ
Е.1 Предполагаемое место размещение комплекса
Е.2 Вероятные сценарии аварий
Е.З Исходные данные
£, мин
Рис. 1.6. Прогноз концентрационного поля зарина в помещении в зависимости от времени при различных оценках интенсивности массопереноса и моделях кнудсеновского слоя.
В свою очередь, моделирование испарения бутана показало, что кинетика молекулярных процессов не существенна. Необходимо выяснить, справедливо ли последнее утверждение при испарении ФОБ в вентилируемом пространстве. Кроме того, необходимо выяснить какова неопределенность результатов прогноза концентрационного поля, вызванная различными оценками турбулентного обмена в помещении.
С этой целью, моделировался процесс испарения при следующих условиях. Температура Т{ = ТГ = 18°С, давление Р — 0.98 атм, объем помещения V = 10000 м3, кратность вентиляции к = 5, площадь обваловки 5е = 1 м2, масса жидкости т0 = 3 кг. Модель Шу-лейкина не рассматривалась. Результаты численного расчета динамики концентрации при испарении зарина приведены на рис. 1.6. Результаты для зомана и Ви-газа качественно идентичны.
Для рассматриваемого случая также характерно то, что процесс испарения лимитируется макроскопическим массопереносом и, следовательно, выбор модели слоя Кнудсена не оказывает какого-либо значительного влияния на результаты прогнозирования. Что касается оценки массообмена в помещении, то неопределенность чисел Шервуда приводит к 50% неопределенности в результатах прогноза. Что впрочем, согласуется с погрешностью оценки скорости испарения в экспериментах с бутаном. Следовательно значение относительной погрешности в 50% может быть принято в качестве точности предлагаемой модели. Таким образом, для моделирования последствий химических аварий, связанных с испарением ФОВ в вентилируемых помещениях объектов по их утилизации, правомерно использовать приближение насыщенного пара непосредственно вблизи поверхности жидкости в сочетании с выражением (1.4.1) для оценки массопереноса, что приведет к консервативным оценкам последствий гипотетической аварии.