Способ активной коллективной защиты населения от аварийно химически опасных веществ
Владельцы патента RU 2255779:
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (RU)
Изобретение относится к средствам активной коллективной защиты органов дыхания людей от аварийно химически опасных веществ (АХОВ). Способ заключается в уменьшении концентрации аварийно химически опасных веществ в приземном слое атмосферы в селитебной зоне до значений, не опасных для жизни людей, путем рассеивания аварийно химически опасных веществ в атмосфере. Рассеивание выполняют за счет отбора прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего аварийно химически опасные вещества набегающего потока воздуха и последующих изменений направления его движения, ускорения и выброса вертикально вверх в виде плоской поперечной струи. Обеспечивается повышение эффективности защиты населения. 1 ил.
Изобретение относится к средствам активной коллективной защиты органов дыхания людей от аварийно химически опасных веществ (АХОВ).
В случае аварии на химических производствах, использующих аварийно химически опасные вещества, или аварий при их транспортировке в окружающую среду выливается или выбрасывается значительное количество таких веществ. Образующееся облако паров распространяется в атмосфере на большие расстояния, создавая зону заражения с концентрацией АХОВ в приземном слое атмосферы, опасной для людей. Аналогичная ситуация может сложиться при авариях на объектах хранения или уничтожения отравляющих веществ.
Известен способ активной коллективной защиты населения от аварийно химически опасных веществ, заключающийся в уменьшении концентрации АХОВ в приземном слое атмосферы в селитебной зоне до значений, не опасных для жизни людей, путем рассеивания аварийно химически опасных веществ в атмосфере с помощью защитной приземной плоской направленной вертикально вверх струйной газовоздушной завесы, расположенной между источником заражения АХОВ и селитебной зоной и имеющей в плане форму дуги с центром дуги в источнике заражения [1] ([1] - аналог). Защитная газовоздушная завеса вызывает за счет сил вязкого трения подъем приземной части движущегося по ветру от источника заражения облака АХОВ на высоту, равную высоте завесы. Более высокие части облака поднимаются на еще большую высоту. После подъема облака завесой оно не опускается к поверхности почвы, а рассеивается в атмосфере. При этом концентрация аварийно химически опасных веществ в приземном слое по пути движения облака значительно ниже, чем без его подъема газовоздушной завесой. Недостатком указанного способа является его низкая эффективность вследствие ограниченного диапазона эксплуатационных характеристик (длины и высоты) защитной газовоздушной завесы. Эти ограничения обусловлены техническими возможностями установок для формирования газовоздушной завесы.
Основным и единственным методом формирования газовоздушной завесы в настоящее время является вдув плоской приземной направленной вверх воздушной струи с помощью установки, содержащей воздуходувную машину и соединенный с ней наземный воздухораздаточный короб с расположенным в верхней части воздуховыпускающим щелевидным насадком с конфузорным входным участком [2]. Воздуходувная машина нагнетает атмосферный воздух в подключенный к ней воздухораздаточный короб. Нагнетаемый воздух при истечении через направленный вверх воздуховыпускающий щелевидный насадок образует защитную газовоздушную завесу. Ограниченный диапазон технических характеристик установки не позволяет создать газовоздупшую завесу необходимых длины и высоты. Рассмотренный в [1] типичный пример 2 предусматривает формирование в потоке воздуха со скоростью V=3 м/с поперечной плоской направленной вертикально вверх струйной газовоздушной защитной завесы высотой Н=50 м и длиной L=100 м. Имеющиеся экспериментальные данные по высоте подъема плоской газовоздушной струи в сносящем потоке воздуха [3] показывают, что для формирования такой защитной завесы необходимо вдувать воздух вертикально вверх, например, со скоростью W=15 м/с через приземную щель длиной L=100 м и шириной в=H· V/6· W=50· 3/6· 15=1,67 м. Для формирования одного погонного метра l=1 м такой газовоздушной завесы нужно обеспечить объемный расход воздуха G1=l· в· W=1· 1,67· 15=25 м3/с (90000 м3/час). При этом площадь поперечного сечения F1 воздухораздаточного короба в начальной его части должна быть в два раза больше площади сечения воздуховыпускающей щели, т.е. F1=2· l· в=2· 1· 1,67=3,34 м2. Для формирования защитной завесы такой же высоты Н=50 м, но длиной l=10 м установка должна обеспечить соответственно в 10 раз большие эксплуатационные характеристики: объемный расход воздуха G10=250 м3/с (900000 м3/час) при площади поперечного сечения начальной части воздухораздаточного короба F10=33,4 м2. При этих условиях габариты установки - площадь поперечного сечения начальной части квадратного воздухораздающего короба составляет 33,4 м2 при стороне квадрата 5,78 м. Такие эксплуатационные характеристики установки (производительность воздуходувной машины и габариты) находятся на грани практически реализуемых. Дальнейшее увеличение длины защитной завесы требует пропорционального увеличения этих характеристик, что выходит за пределы современных возможностей.
Изобретение направлено на повышение эффективности способа активной коллективной защиты населения от аварийно химически опасных веществ путем создания возможностей для его практической реализации. Это достигается уменьшением концентрации аварийно химически опасных веществ в приземном слое атмосферы в селитебной зоне до значений, не опасных для жизни людей, путем рассеивания аварийно химически опасных веществ в атмосфере, причем рассеивание выполняют за счет отбора прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего аварийно химически опасные вещества набегающего потока воздуха и последующих изменений направления его движения, ускорения и выброса вертикально вверх в виде плоской поперечной струи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен схематично процесс рассеивания в атмосфере двигающегося по ветру вдоль подстилающей поверхности облака АХОВ (показано вертикальное сечение вдоль продольной оси облака). Позиции на чертеже обозначают: содержащий аварийно химически опасные вещества набегающий со скоростью V поток воздуха 1; подстилающая поверхность 2; устройство для отбора прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего АХОВ набегающего потока воздуха и последующих изменений направления его движения, ускорения и выброса вертикально вверх 3; направленная вертикально вверх со скоростью истечения W плоская поперечная газовоздушная струя 4.
Содержащий аварийно химически опасные вещества поток воздуха 1 движется со скоростью V вдоль подстилающей поверхности 2. В прилегающей к подстилающей поверхности 2 части потока воздуха концентрация АХОВ максимальна. С помощью устройства 3 прилегающую к подстилающей поверхности 2 часть содержащего АХОВ набегающего потока воздуха отбирают, изменяют направление его движения, ускоряют и выбрасывают вертикально вверх в виде плоской поперечной газовоздушной струи 4 со скоростью истечения W. Остальная верхняя часть содержащего АХОВ потока воздуха натекает на плоскую струю 4 и под действием вязкостного трения поднимается вместе с ней вверх, изгибая при этом струю за счет динамического воздействия.
Пример 1. Рассмотренный в [1] пример 2 предусматривает подъем прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего аварийно химически опасные вещества потока воздуха, имеющего скорость V=3 м/с, на высоту Н=50 м при длине завесы L=100 м. Как показано ранее, для этого необходимо вдувать воздух вертикально вверх со скоростью W=15 м/с через погонный метр плоской щели шириной в=1,67 м, объемным расходом G1=25 м3/с.
Для того чтобы обеспечить отбор прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего АХОВ набегающего со скоростью V потока воздуха, изменить направление его движения, ускорить и вдувать вертикально вверх через щель со скоростью W, необходимо с помощью нагнетательного устройства (вентилятора) создать перепад давления Δ р (без учета потерь давления при течении сквозь канал), который затем при истечении воздуха через сужающийся щелевидный насадок преобразуется в кинетическую энергию потока ρ · W2/2 (ρ - плотность воздуха): Δ ρ =ρ (W2-V2)/2. Если учесть, что через единицу длины щели истекает объемный поток воздуха G1, то для реализации этого процесса необходимо обеспечить полезную мощность вентилятора:
Отсюда с учетом ранее записанного соотношения b· W=H· V/6 получаем окончательное выражение
позволяющее рассчитать мощность N1, необходимую для формирования одного погонного метра поперечной газовоздушной завесы высотой Н в потоке содержащего АХОВ атмосферного воздуха скоростью V, за счет истечения отбираемого из прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего АХОВ потока воздуха плотностью ρ со скоростью W через щель длиной l=7 м вертикально вверх.
Выполним оценку энергетических затрат на формирование воздушной завесы для рассмотренных ранее скоростей ветра V=3 м/с и вдува W=15 м/с и обычных условий (ρ =7,2 кг/м3).
Исходя из (2) получаем линейную зависимость затрачиваемой мощности от высоты завесы:
Для завесы высотой Н=50 м получаем N1=3240 Вт. Для завесы длиной L=100 м общая мощность составит величину N=N1·L=324 кВт (без учета каких-либо потерь мощности в устройстве).
Это вполне реализуемый на практике результат.
Таким образом, рассеивание аварийно химически опасных веществ в атмосфере за счет отбора прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего АХОВ набегающего потока воздуха и последующих изменений направления его движения, ускорения и выброса вертикально вверх в виде плоской поперечной струи позволяет повысить эффективность способа активной защиты населения от аварийно химически опасных веществ вследствие создания возможностей для его практической реализации.
Источники информации
1. Патент РФ №2179046, А 62 В 29/00, БИ №4, 2002.
2. Эльтерман В.М. Воздушные завесы. - М.: Машиностроение. - 1966. - С.83-90.
3. Гиршович Т.А. Турбулентные струи в поперечном потоке. - М.: Машиностроение, 1993, с.11.
Способ активной коллективной защиты населения от аварийно химически опасных веществ, заключающийся в уменьшении концентрации аварийно химически опасных веществ в приземном слое атмосферы в селитебной зоне до значений, не опасных для жизни людей, путем рассеивания аварийно химически опасных веществ в атмосфере, отличающийся тем, что рассеивание выполняют за счет отбора прилегающей к подстилающей поверхности части содержащего аварийно химически опасные вещества набегающего потока воздуха и последующих изменений направления его движения, ускорения и выброса вертикально вверх в виде плоской поперечной струи.
