DOI: https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.260319.10.401

Оцінка поширення ударних повітряних хвиль у протяжних спорудах з урахуванням дисипації внутрішньої енергії газового потоку

A. S. Bielikov, M. M. Nalysko, L. I. Bartashevska

Анотація


Постановка проблеми. Одна з умов безпеки під час аварійних вибухів газоповітряних сумішей ‑ прогнозування наслідків таких ситуацій і прийняття адекватних рішень щодо локалізації виникаючих руйнівних факторів. Одним з основних вражаючих чинників вибуху газоповітряних сумішей в умовах протяжних споруд виступає ударна повітряна хвиля. Для розрахунку вибухозахисних споруд існує нормативна база, яка спирається на експериментальні дані. Однак проблема встановлення достовірних параметрів поширення ударної повітряної хвилі залишається актуальною. Перспективнийнапрямок у розрахунку завдань різко нестаціонарних процесів ‑ цезастосування числових методів. Наразі запропоновано розв’язання задачі поширення вибухових хвиль у протяжних каналах із використанням схем числового рахунку рівнянь газодинаміки модифікованим методом «великих» частинок. У задачі враховується фактор падіння енергії руху газового потоку за рахунок залучення в рух зростаючих із відстанню повітряних мас і за рахунок дії сил тертя потоку газу об стінки виробки. Подальший розвиток математичної моделі процесу поширення ударних повітряних хвиль відбувається шляхом обґрунтування методики розрахунку параметрів їх загасання з урахуванням тепловіддачі потоку в стінки каналу. Методика. Аналіз і узагальнення теоретичних досліджень, математичне моделювання газодинамічних процесів поширення вибухових повітряних хвиль у протяжних спорудах. Процеси формування і поширення ударної повітряної хвилі досліджувалися методом математичного моделювання з використанням законів і рівнянь механіки суцільних середовищ і математичної фізики. Для чисельного рішення диференціальних рівнянь, застосовувався метод великих часток (метод Давидова). Результати. Згідно з результатами моделювання найбільше відносне зниження відбувається по параметру питомої повної енергії середовища − на 5 %, тиск на 3 %, щільність 2,5 %, падіння швидкості 2 %, при максимальному значенні коефіцієнта теплообміну. Причому інтенсивне наростання тепловтрат відбувається в зоні 3…5 довжин ділянки газоповітряної суміші, далі ступінь наростання знижується і на всьому іншому шляху змінюється несуттєво. При зменшенні коефіцієнта теплообміну вдвічі зона наростання коефіцієнта ks збільшується до 5…7 x/LD. Наукова новизна. Досліджено впливу теплообміну ударної повітряної хвилі зі стінками каналу, що дозволяє враховувати баланс дисипації повної енергії нестаціонарного газового потоку. Отримано закономірності зміни параметрів ударної повітряної хвилі, яка поширюється у протяжній споруді, обумовлені теплообміном газового потоку зі стінкою споруди. Практична значимість. Розширено можливості процедур прогнозування параметрів поширення ударних повітряних хвиль за допомогою багатофакторної математичної моделі.


Ключові слова


внутрішня течія потоку; граничні умови III роду; ударна повітряна хвиля; числовий розрахунок; тепловий потік; внутрішня енергія

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Ageev V.G. Matematicheskaya model formirovaniya udarnyih voln v gornyih vyirabotkah pri vzryivah metana [The mathematical model of the shock wave formation in the mines by the methane explosions]. Gornospasatelnoe delo [The mine rescue work]. 2010, issue 47, pp. 5–10. (in Russian).

Ageev V.G. and Zinchenko I.N. Modelirovanie rasprostraneniya udarnyih voln pri mgnovennoy i tsepnoy reaktsiyah goreniya metana i pyili v gornyih vyirabotkah [Modeling of shock waves propagation at momentary and chain reaction of methane and dust combustion in mine working]. Forum hirnykiv – 2012 : materialy mizhnarodnoi konferentsii [Miners forum – 2012 : materials of the international conference]. 3–6 of October 2012, Dnipropetrovsk : National Mine University Publ., 2012, pp. 12–16. (in Russian).

Baturin O.V., Baturin N.V. and Matveev V.N. Raschet techeniy zhidkostey i gazov s pomoschyu universalnogo programmnogo kompleksa Fluent. Ucheb. posobie [Calculation of flows of liquids and gases by means of a universal software package Fluent. Tutorial]. Samara : Samarskiy gosudarstvennyiy aerokosmicheskiy universitet, 2009, 151 p. (in Russian).

Belotserkovskij O.M. and Davydov J.M. Metod krupnyih chastits v gazovoy dinamike [The large particles method in the gas dynamics]. Moscow : Nauka Publ., 1982, 391 p. (in Russian).

Vasenin I.M., Schrager E.R., Krajnov A.J. and Paleev D.J. Matematicheskoe modelirovanie nestatsionarnyih protsessov ventilyatsii seti vyirabotok ugolnoy shahtyi [The mathematical modeling of the non-stationary ventilation processes in the coal mines workings network]. Kompyuternyie issledovaniya i modelirovanie [The computer studies and modeling]. 2011, vol. 3, no. 2, pp. 155–163. (in Russian).

Grekov S.P., Zinchenko I.N. and Karmanov V.S. Metodika rascheta parametrov vozdushnyih udarnyih voln pri vzryivah gaza i pyili v shahtah [The calculation methodology of the of air shock waves parameters by the gas and dust explosions in mines]. Gornospasatelnoe delo [The mine rescue work]. 2010, issue 47, pp. 17–25. (in Russian).

Lukashov O.Yu. O kompleksnom podhode k modelirovaniyu avariynoy situatsii pri vzryive gaza v ugolnoy shahte [About the complex approach to the modeling the emergency situation by the gas explosion in a coal mine]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Tomsk State University]. 2014, no. 6(32), pp. 86–93. (in Russian).

Nalisko N.N. Chislennyiy raschet dinamicheskoy nagruzki ot vozdeystviya vozdushnyih udarnyih voln na inzhenernyie sooruzheniya [The numerical account of the dynamic load from the air shock wave effect on the engineering buildings]. Vyisokoenergeticheskie sistemyi, protsessyi i ih modeli [High-energy systems, processes and their models]. Dnepropetrovsk : National Mine University, 2013, pp. 255–266. (in Russian).

Nalisko N.N. Vzaimodeystvie udarnyih vozdushnyih voln so stenkami gornyih vyirabotok [Interaction of shock air waves with walls of mine excavation]. Gornospasatelnoe delo [Mine rescue work]. 2014, issue 51, pp. 43–57. (in Russian).

Reference book on heat exchangers : in 2 vol. Vol. 2. Transl. from English under red. Martynenko O.G. and others. Moscow : Energoatomizdat Publ., 1987, 352 p. (in Russian).

Zhang C., Lee V., Cin B. and Duan J. Otsenki opasnosti vzryivov smesey metana s vozduhom v shahtah [The danger estimation of the methane and air mixture explosions in mines]. Fizika goreniya i vzryiva [The combustion and explosion physics]. 2010, no. 6, pp. 66–72. (in Russian).

Chigarev A.V., Kravchuk A.S. and Smalyuk A.F. ANSYS dlya inzhenerov : sprav. posobie [ANSYS for Engeneers : Reference tutorial]. Moscow : Mechanical engineering-1 Publ., 2004, 512 p. (in Russian).

Kutateladze S.S. and Leontev A.I. Teplomassoobmen i trenie v turbulentnom pogranichnom sloe [Heat and mass transfer and friction in a turbulent boundary layer]. Moscow : Energoatomizdat, 1985, 320 p. (in Russian).

Bezuglyiy V.Yu. and Belyaev N.M. Chislennyie metodyi teorii konvektivnogo teplomassoobmena [Numerical methods of the theory of convective heat and mass transfer]. Kyiv−Donetsk :Vyscha shkola, 1984, 176 p. (in Russian).

Belyaev N.M. Nestatsionarnyiy teploobmen v trubah [Unsteady heat transfer in pipes]. Kyiv−Donetsk : Vyscha shkola, 1980, 216 p. (in Russian).

Vinogradov L.V., Evteev I.V. and Talavera M. Issledovaniya vliyaniya chisla Reynoldsa na harakteristiki radialnogo ventilyatora [Studies on the effect of Reynolds number on the characteristics of a radial fan]. Vesnik RUDN. Inzhenernyie issledovaniya [Bulletin of RUDN. Engineering research]. No. 3, 2000, pp. 50−52. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Агеев В. Г. Математическая модель формирования ударных волн в горных выработках при взрывах метана /
В. Г. Агеев. // Горноспасательное дело. – 2010. – Вып. 47. – С. 5–10.

2. Агеев В. Г. Моделирование распространения ударных волн при мгновенной и цепной реакциях горения метана и пыли в горных выработках / В. Г. Агеев, И. Н. Зинченко // Форум гірників–2012 : матер. міжнар. конф.,
(3–6 жовтня 2012 р.). – Дніпропетровськ : НГУ, 2012. – С. 12–16.

3. Расчет течений жидкостей и газов с помощью универсального программного комплекса Fluent : учеб. пособие / [О. В. Батурин, Н. В. Батурин, В. Н. Матвеев]. – Самара : Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2009. – 151 с.

4. Метод крупных частиц в газовой динамике : монография / [О. М. Белоцерковский, Ю. М. Давыдов]. – Москва : Наука, 1982. – 391 с.

5. Васенин И. М. Математическое моделирование нестационарных процессов вентиляции сети выработок угольной шахты / И. М. Васенин, Э. Р. Шрагер, А. Ю. Крайнов, Д. Ю. Палеев // Компьютерные исследования и моделирование. – 2011. – Т. 3, № 2. – С. 155–163.

6. Греков С. П. Методика расчета параметров воздушных ударных волн при взрывах газа и пыли в шахтах / С. П. Греков, И. Н. Зинченко, В. С. Карманов // Горноспасательное дело. – 2010. – Вып. 47. – С. 17–25.

7. Лукашов О. Ю. О комплексном подходе к моделированию аварийной ситуации при взрыве газа в угольной шахте / О. Ю. Лукашов // Вестник Томского государственного университета. – 2014. – № 6(32). – С. 86–93.

8. Налисько Н. Н. Численный расчет динамической нагрузки от воздействия воздушных ударных волн на инженерные сооружения / Н. Н. Налисько // Высокоэнергетические системы, процессы и их модели. – Днепропетровск : Национальный горный университет, 2013.– С. 255–266.

9. Налисько Н. Н. Взаимодействие ударных воздушных волн со стенками горных выработок / Н. Н. Налисько // Горноспасательное дело. – 2014. – Вып. 51. – С. 43–-57.

10. Справочник по теплообменникам : в 2-х т., Т. 2 / Пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко и др.– Москва : Энергоатомиздат, 1987. – 352 с.

11. Чжан Ц. Оценки опасности взрывов смесей метана с воздухом в шахтах / Ц. Чжан, В. Ли, Б. Цинь, Ю. Дуань // Физика горения и взрыва. – 2010. – № 6. – С. 66–72.

12. ANSYS для инженеров : справ. пособие / [А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А.Ф. Смалюк]. – Москва : Машиностроение-1, 2004.– 512 с.

13. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое : монография / [С. С. Кутателадзе,
А. И. Леонтьев]. – Москва : Энергоатомиздат, 1985. – 320 с.

14. Численные методы теории конвективного тепломассообмена : монография / [В. Ю. Безуглый,
Н. М. Беляев]. – Киев–Донецк : Вища школа, 1984.– 176 с.

15. Беляев Н. М. Нестационарный теплообмен в трубах : монография / Н. М. Беляев. – Киев–Донецк : Вища школа, 1980. – 216 с.

16. Виноградов Л. В. Исследования влияния числа Рейнольдса на характеристики радиального вентилятора / Л. В. Виноградов, И. В. Евтеев, М. Талавера // Вестник РУДН. Инженерные исследования. – 2000. – № 3. –
С. 50–52.



Коментарі цієї статті

Дивитися всі коментарі