Моделирование поведения котла цистерны в очаге пламени

• Автор: Головин, Виталий Владимирович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. КРАТКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЦИСТЕРН И МЕТОТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА КОТЛ ЦИСТЕРНЫ

1.1. Конструктивные особенности котлов цистерн.

1.2. Обзор исследований напряженнодеформированного состояния котлов цистерн.

1.3. Методы исследования поведения котлов при тепловых воздействиях.

1.4. Выводы по главе.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ КОТЛА ЦИСТЕРНЫ В ОЧАГЕ ПЛАМЕНИ

2.1. Уравнение теплопроводности

2.2. Начальные и граничные условия.

2.3. Вариационная трактовка задачи.

2.4. Аппроксимация температурного поля.
2.5. Порядок интегрирования уравнений для отыскания коэффициентов ряда аппроксимации температуры.
2.6. Результаты расчетов с применением разработанной методики.
3. УЧТ СОСТОЯНИЯ ПЕРЕВОЗИМОГО ПРОДУКТА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕМПЕРАТУРНО
ПОЛЯ КОТЛА ЦИСТЕРНЫ ОТ ВОЗДЕСТВИЯ НАРУЖНОГО
ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
3.1. Принятые допущения
3.2. Определение температуры продукта
3.3. Определение давления продукта при нагреве.
3.3.1. Изменение объма жидкой фазы
3.3.2. Определение давления газовой смеси
3.4. Определение коэффициента теплоотдачи от котла к продукту.
3.5. Алгоритм определения нестационарного поля котла с учтом состояния продукта.
3.6. Результаты расчетов с применением разработанной методики.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ОБОЛОЧКИ В ОЧАГЕ ПЛАМЕНИ.
4.1. Схема опытной установки.
4.2. Методика проведения эксперимента
4.3. Обработка результатов эксперимента
4.4. Результаты эксперимента.
4.5. Сравнение результатов расчета и эксперимента
4.6. Экспериментальное определение свойств защитного покрытия
4.7. Выводы по главе.
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ
ИСТОЧНИКОВ.
ч
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Они должны соответствовать требованиям безопасной эксплуатации на сети железных дорог в условиях постоянного ужесточения условий эксплуатации, необходимости обеспечения экологической безопасности. Все это побуждает конструкторов уделять повышенное внимание поведению цистерны в аварийных ситуациях и разрабатывать различные способы защиты. Одним из наиболее опасных аварийных режимов является попадание котла цистерны в очаг действия открытого пламени (пожар), особенно при наличии в котле перевозимого груза. Значительное локальное повышение температуры котла в очаге пламени влияет на напряженно-деформированное состояние котла в двух аспектах. Во-первых, сами температурные перепады вызывают напряжения в оболочке, а во-вторых, при нагреве существенно изменяются механические характеристики металла котла, что в условиях действия внутреннего давления приводит к дополнительным, весьма значительным деформациям и напряжениям. Рис. На рис. Из приведенных снимков можно заключить, что разрушение котла произошло как вследствие тепловых деформаций в процессе пожара, так и из-за взрыва. В результате действия на котел открытого пламени весьма вероятен пролив перевозимого продукта и угроза экологии окружающей местности. Направления работы в этой области связаны, во-первых, с исследованием сценариев аварийных ситуаций при воздействии открытого пламени на котел цистерны. Важным этапом работы в этом направлении явились разработанные ВНИИПО совместно с МИИТом дополнения к «Нормам. В результате основное внимание исследователей перемещается на второе направление исследований - разработку способов защиты и предотвращения катастрофических последствий аварийных воздействий. Способ защиты путем установки соответствующей сливоналивной арматуры можно считать достаточно глубоко проработанным. Один из наиболее эффективных способов защиты котла от подобных воздействий состоит в нанесении огнезащитного покрытия на поверхность котла. Главная задача подобного покрытия - в случае возникновения пожара дать время формированиям противопожарной обороны на развертывание и применение средств пожаротушения. Предотвращение разрушения оболочки в течение гарантированного интервала времени достигается за счет изменения свойств покрытия при повышении температуры и ограничения теплового потока к котлу. Причем следует отметить, что данная проблема исследована мало. С другой стороны, требуется методика для учета и выбора параметров огнезащитного покрытия при пожаре. Нель и задачи работы. Главной целью настоящей диссертационной работы является моделирование нестационарного температурного поля котла нефтебензиновой цистерны в очаге пламени с возможностью учета огнезащитного покрытия. Научная новизна. Разработана математическая модель, алгоритм и программа определения температурных полей при действии открытого пламени на котёл цистерны. В математической модели использованы двойные тригонометрические ряды для аппроксимации температурного поля котла, а также учитывается поведение груза при нагреве котла. Теоретически и экспериментально исследована эффективность огнезащитного покрытия СГК-2 для защиты котлов цистерн от пожара. Практическая ценность. Предложенные средства моделирования позволяют на стадии проектирования цистерн определять температурное поле котла от аварийных тепловых воздействиях и разрабатывать средства защиты котлов. С помощью разработанных средств теоретически определено температурное поле котла нефтебензиновой цистерны при действии открытого пламени. Подтверждена высокая эффективность способа защиты котлов цистерн от действия открытого пламени путем нанесения огнезащитного покрытия. Общее содержание работы. Объектом исследования в данной работе является котёл цистерны. В главе 2 рассматривается поведение котла цистерны при действии открытого пламени. Излагается разработанная методика определения температурного поля, которое является исходным для вычисления напряженно-деформированного состояния. Глава 3 посвящена разработке методики учёта состояния перевозимого груза при определении нестационарного температурного поля котла цистерны.