Способ моделирования процесса горения жидкостей на различных типах подстилающей поверхности

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов, ликвидации последствий аварий и связано с проблемой исследования процессов горения нефти и нефтепродуктов при их разливе на различных типах подстилающей поверхности. Способ заключается в том, что для расчета массовой скорости выгорания образец горючей жидкости сжигают в установке при непрерывной подаче охлаждающей жидкости, а перед подачей ее определяют теплофизические параметры моделируемой реальной подстилающей поверхности и по ним рассчитывают расход охлаждающей жидкости. Применение способа позволяет повысить достоверность и воспроизводимость реальных процессов при их моделировании в лабораторных условиях. 1 ил. , 3 табл.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов, ликвидации последствий аварий и связано с проблемой исследования процессов горения нефти и нефтепродуктов при их разливе на различных типах подстилающей поверхности.

Известна методика расчета выбросов от источника горения при разливе нефти и нефтепродуктов /А. М. Гришин, А. А Долгов, А. Ф. Цимбалюк "Методика расчета выбросов в атмосферу от источников горения при разливе нефти". М. , 1997 г. /, опирающаяся на существующие экспериментальные методы определения скорости выгорания горючих жидкостей. Данные методы /ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов"; П. П. Баратова. Справочник взрывопожароопасных веществ и материалов. М. , 1987 г. /, включающие в себя размещение образца горючей жидкости в установке, позволяют регистрировать и рассчитывать изменение массы образца горючей жидкости в процессе горения.

Недостатком данных методик является то, что используемые результаты получены без учета влияния теплофизических параметров реальной подстилающей поверхности и в основном моделируют горение жидкостей в резервуарах.

Целью изобретения является повышение достоверности и воспроизводимости реальных процессов при их моделировании в лабораторных условиях.

Указанная цель достигается тем, что в способе моделирования процесса горения жидкостей на различных типах подстилающей поверхности, включающем сжигание образца горючей жидкости в установке, регистрацию изменения количества жидкости в результате процесса горения и расчет массовой скорости выгорания, процесс горения проводят с учетом влияния подстилающей поверхности при непрерывной подаче охлаждающей жидкости в установку, причем перед подачей охлаждающей жидкости определяют теплофизические параметры моделируемой реальной подстилающей поверхности и по ним рассчитывают расход охлаждающей жидкости.

При горении выделившееся тепло расходуется на образование газообразной горючей смеси и нагрев окружающей среды. Так как тепло, выделившееся в результате окисления горючего вещества, постоянно, дальнейшая динамика процесса будет зависеть от распределения теплот. В частности, количество тепла, пошедшее на поддержание процесса горения, будет напрямую зависеть от того, сколько тепла будет отведено в окружающую среду.

Одним из составляющих факторов окружающей среды, влияющих на горение при разливе горючей жидкости, является подстилающая поверхность. В зависимости от того, как и сколько та или иная поверхность может отводить тепла в процессе горения при разливе жидкости, зависит динамика и продолжительность процесса.

Тепловой режим подстилающей поверхности (ее теплофизические свойства) можно моделировать при помощи установки для сжигания образца горючей жидкости (см чертеж), устанавливая соответствующий расход охлаждающей жидкости G, проходящей через нее. Расчет расхода может проводиться, например, по следующей формуле: где S_n - площадь теплового воздействия на подстилающую поверхность, м²; ρ_n - плотность подстилающей поверхности, кг (м³)^-1; С_py - удельная теплоемкость материала, из которого изготовлена установка (металла), кДж (кг К)^-1; m_y - масса установки (металла), кг; c_рж - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, кДж (кгК)^-1; l_n - моделируемая глубина прогрева подстилающей поверхности, м; λ_n - коэффициент теплопроводности подстилающей поверхности Вт(мК); c_pn - удельная теплоемкость подстилающей поверхности, кДж(кгК)^-1.

На чертеже представлена установка для осуществления способа, состоящая из термостата 1, дренажной емкости 2, цилиндрической кюветы 3, соединенной с ней бюретки 4, вентиля тонкой настройки 5, расходомера 6, штатива для регулирования уровня нефти 7.

Способ осуществляется следующим образом. Например, смоделируем горение нефти на трех видах подстилающей поверхности при одинаковом температурном режиме: грунт, глина и бетон. Зададимся начальным температурным режимом, равным 20^oC.

Определяем теплофизические параметры выбранных подстилающих поверхностей по справочной литературе. Выбираем охлаждающую жидкость, например воду.

Заполняем термостат 1 и дренажную емкость 2 водой. Выставляем необходимую температуру воды на панели термостата и включаем насос термостата. Открываем вентиль трубопровода из дренажной емкости, подаем охлаждающую жидкость в рубашку кюветы 3. Устанавливаем постоянный температурный режим. Заполняем кювету 3 и соединенную с ней бюретку 4 (при этом подвижной штатив 7 должен находиться в крайнем нижнем положении) нефтью. Фиксируем показания в бюретке 4.

Рассчитываем расходы воды через установку по формуле 1 для различных глубин прогрева (табл. 1. ) при условии, что S_n равна площади горения жидкости.

При помощи вентиля тонкой настройки 5 устанавливаем постоянный расход. Контроль за расходом осуществляется с помощью расходомера 6, имеющего регулирующее сливное отверстие. Выбираем оптимальное положение вентиля слива так, чтобы уровень жидкости в расходомере 6 оставался постоянным. Производим зажигание нефти и фиксируем время начала процесса горения, показания уровня в бюретке 4, температуру входящей и выходящей охлаждающей жидкости (воды).

Через каждую минуту осуществляем контроль за температурой охлаждающей жидкости, через 5 минут при помощи подвижного штатива 7, поднимая бюретку 4 вверх, поддерживаем уровень зеркала горения нефти в кювете 3 постоянным. Одновременно снимаем изменение показания уровня нефти в бюретке 4 в зависимости от времени, тем самым фиксируем объем выгоревшей нефти.

Данные операции проводим до полного прекращения процесса горения.

Полученные экспериментальные данные для разных типов подстилающей поверхности анализируются на предмет зависимости массы выгоревшей нефти от времени (табл. 2).

Масса выгоревшей нефти определяется по формуле:
m_н= Vρ_н; кг (2)
где V - объем выгоревший жидкости, м³;
ρ_н - плотность нефти, кг(м)^-3
Скорость выгорания нефти в i-промежуток времени рассчитываем по формуле:

где τ_i - время, в течение которого произошло выгорание нефти в i промежуток времени.

При обработке экспериментальных данных, приведенных в табл. 3, наблюдается разница в массовой скорости выгорания для различного типа подстилающей поверхности.

Как видно из табл. 2 и 3, от теплофизических параметров подстилающих поверхностей зависит скорость выгорания, продолжительность горения и соответственно коэффициент недожога. Так, различие в коэффициентах недожога между сгоревшей нефтью на грунте и глине составляет 30%.

Применение предлагаемого способа позволяет более точно учитывать реальные параметры окружающей среды при моделировании процессов горения, а следовательно, повышает достоверность эксперимента.

Формула изобретения

Способ моделирования процесса горения жидкостей на различных типах подстилающей поверхности, характеризующийся тем, что он включает сжигание образца горючей жидкости в установке, регистрацию изменения количества жидкости в результате процесса горения и расчет массовой скорости выгорания, при этом процесс горения проводят при непрерывной подаче охлаждающей жидкости в установку, причем перед подачей охлаждающей жидкости определяют теплофизические параметры моделируемой реальной подстилающей поверхности и по ним рассчитывают расход охлаждающей жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4