Модель розтікання і горіння рідини на ґрунті

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5193-1775

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-6434-6575

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2023-37-2

Ключові слова: розтікання рідини, пожежа розливу, просочення рідини, модель Грін-Ампт

Анотація

Об’єктом дослідження є процес розтікання і горіння рідини на ґрунті. Побудовано ма-тематичну модель розтікання рідини на похилій поверхні. Модель являє собою систему з диференціального рівняння параболічного типу, що описує зміну області розливу і товщи-ни шару рідини в кожній точці області, і звичайного диференціального рівняння, що відпо-відає глибині просочення рідини в ґрунт. Припускається, що процес просочення рідини в ґрунт описується моделлю Грін-Ампт, особливістю якої є уявлення про чітку межу між вже змоченим і ще сухим ґрунтом. Під впливом тиску рідини на поверхні і капілярних сил від-бувається переміщення цієї межі вглиб ґрунту. Швидкість просочення визначається гідрав-лічною провідністю змоченого ґрунту, його пористістю і показником капілярності. Ці пара-метри залежать від стану ґрунту і типу рідини і мають визначатися експериментально. Мо-дель розтікання рідини враховує нерівності поверхні шляхом введення в диференціальне рівняння розповсюдження рідини доданку, який містить середню глибину нерівностей по-верхні. Необхідність заповнення цих нерівностей при розтіканні рідини визначає площу ро-зливу. Враховано зменшення об’єму рідини в розливі внаслідок її вигорання. Початкові умови визначаються характером розтікання рідини: миттєвим або неперервним. Миттєвий розлив має місце у випадку катастрофічного руйнування ємності, а неперервний – при пош-кодженні ємності або трубопроводу, внаслідок чого об’єм розлитої рідини поступово збі-льшується. У випадку неперервного витікання рідини диференціальне рівняння розтікання рідини містить доданок з δ-функцією. У випадку миттєвого розливу δ-функцію включає в себе початкова умова. Отримані результати можуть бути використані для розрахунку теп-лового потоку від полум’я над розливом горючої рідини і визначення теплового впливу по-жежі на сусідні технологічні об’єкти.

Посилання

1. Raja S., Tauseef S. M., Abbasi T. Risk of Fuel Spills and the Transient Models of Spill Area Forecasting. Journal of Failure Analysis and Prevention. 2018. Vol. 18. P. 445–455. doi: 10.1007/s11668-018-0429-1
2. Kustov M. V., Kalugin V. D., Tutunik V. V., Tarakhno E. V. Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2019. Vol. 1. P. 92–99. doi: 10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
3. Mygalenko K., Nuyanzin V., Zemlianskyi A., Dominik A., Pozdieiev S. Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 1(10). P. 31–37. doi: 10.15587/1729-4061.2018.121727
4. Etkin D., Horn M., Wolford A. CBR-Spill RISK: Model to Calculate Crude-by-Rail Probabilities and Spill Volumes. International Oil Spill Conference Proceedings. 2017. P. 3189–3210. doi: 10.7901/2169-3358-2017.1.3189
5. Zhao X., Chen C., Shi C., Zhao D. An extended model for predicting the temperature distribution of large area fire ascribed to multiple fuel source in tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019. Vol. 85. P. 252–258. doi: 10.1016/j.tust.2018.12.013
6. Kovalov A., Otrosh Y., Rybka E., Kovalevska T., Togobytska V., Rolin I. Treatment of Determination Method for Strength Characteristics of Reinforcing Steel by Using Thread Cutting Method after Temperature Influence. In Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd. 2020. Vol. 1006. P. 179–184. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.179
7. Dadashov I., Loboichenko V., Kireev A. Analysis of the ecological characteristics of environment friendly fire fighting chemicals used in extinguishing oil products. Pollution Research. 2018. Vol. 37(1). P. 63–77. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6849
8. Abramov Y. A., Basmanov O. E., Mikhayluk A. A., Salamov J. Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU. 2018. Vol. 2. P. 95–100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12
9. Pan Y., Li M., Luo X., Wang C., Luo Q., Li J. Analysis of heat transfer of spilling fire spread over steady flow of n-butanol fuel. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 116. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104685
10. Zhao J., Liu Q., Huang H., Yang R., Zhang H. Experiments investigating fuel spread behaviors for continuous spill fires on fireproof glass. Journal of Fire Sciences. 2017. Vol. 35(1). P. 80–95. doi: 10.1177/0734904116683716
11. Seo J., Lee J. S., Kim H. Y., Yoon S. S. Empirical model for the maximum spreading diameter of low-viscosity droplets on a dry wall. Experimental Thermal and Fluid Science. 2015. Vol. 61. P. 121–129. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2014.10.019
12. Abramov Yu., Basmanov O., Krivtsova V., Salamov J. Modeling of spilling and extinguishing of burning fuel on horizontal surface. Naukovyi Visnyk NHU. 2019. Vol. 4. P. 86–90. doi: 10.29202/nvngu/2019-4/16
13. Raja S., Abbasi T., Tauseef S. M., Abbasi S. A. Equilibrium models for predicting areas covered by accidentally spilled liquid fuels and an assessment of their efficacy. Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 130. P. 153–162. doi: 10.1016/j.psep.2019.08.009
14. Meel A., Khajehnajafi S. A comparative analysis of two approaches for pool evaporation modeling: Shrinking versus nonshrinking pool area. Process Safety Progress. 2012. Vol. 34. P. 304–314. doi: 10.1002/prs.11502
15. Ramli H., Zabidi H. A. Effect of oil spill on hydraulic properties of soil. Malaysian construction research journal. 2015. Vol. 49. URL: https://www.academia.edu/download/62252229/MCRJ_V19N2_520200302-87581-109jtez.pdf
16. Олійник В. В., Басманов О. Є., Михайловська Ю. В. Метод експеримента-льного визначення параметрів просочення рідини в ґрунт. Проблеми надзвичай-них ситуацій. 2022. Вип. № 2(36). С. 15–25. doi: 10.52363/2524-0226-2022-36-2
17. Tokunaga T. K. Simplified Green-Ampt Model, Imbibition-Based Estimates of Permeability, and Implications for Leak-off in Hydraulic Fracturing. Water Resources Research. 2020. doi: 10.1029/2019WR026919
18. Басманов А. Е., Горпинич И. А. Растекание жидкости на негладкой гори-зонтальной поверхности при аварии на железнодорожном транспорте. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2014. Вип. № 20. С. 16–20. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/248