Моделювання розтікання горючої рідини внаслідок аварії на залізничному транспорті

Абрамов Юрій Олексійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-7901-3768

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

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

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

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

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2021-33-3

Ключові слова: надзвичайна ситуація, розлив горючої рідини, прогнозування, розтікання і просочення

Анотація

Розглянуто прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій, обумовлених розливом горючих рідин на залізничному транспорті шляхом побудови математичних моделей динаміки розтікання горючої рідини та її просочення вглибину ґрунту. Побудовано математичну модель, що складається із системи двох диференціальних рівнянь, перше з яких є рівнянням параболічного типу і описує динаміку зміни висоти шару рідини з часом. Друге описує глибину просочення рідини в ґрунт. Показано, що просочення рідини вглиб підстилаючої поверхні істотно впливає на динаміку її розтікання і має бути враховано для правильної оцінки наслідків надзвичайної ситуації, викликаної пошкодженням цистерни з горючої рідиною. Для випадку миттєвого руйнування ємності з рідиною система рівнянь доповнюється початковими умовами, що містять особливість у вигляді -функції у точці розливу. Показано, що математична модель поступового витікання рідини із пошкодженої ємності може бути отримана шляхом введення в диференціальне рівняння доданку, що описує джерело витікання рідини. Запропоновано метод оцінки параметрів моделі просочення рідини вглиб ґрунту, який базується на вимірюванні глибини просочення в певні моменти часу і пошуку таких значень показника капілярності, гідравлічної провідності і пористості ґрунту, які забезпечують мінімальне відхилення розрахованої глибини просочення від експериментально визначеної. При цьому для визначення розрахункової глибини використовується аналітичний розв’язок рівняння просочення рідини, а в якості критерію – мінімум суми квадратів відхилень. Побудовані моделі можуть бути використані при прогнозуванні наслідків теплового впливу пожежі розливу горючої рідини на рухомий склад та технологічні споруди залізниці.

Посилання

1. Raja, S., Tauseef, S. M., Abbasi, T. (2018). Risk of Fuel Spills and the Tran-sient Models of Spill Area Forecasting. Journal of Failure Analysis and Prevention, 18, 445–455. doi: 10.1007/s11668-018-0429-1
2. Chernetskiy, V. V., Fedunkiv, V. S., Kochkodan, T. I. (2015). Organization of management of forces and means of operative-rescue service of civil protection at liquidation of fires of oil products on the railway transport. Problems of civil protection: controlling, warnings, rescue and special works, 131-137. Retrieved from http://edu-mns.org.ua/img/news/6041/fedunkiv.doc
3. Huang, W., Shuai, B., Zuo, B., Xu, Y., Antwi, E. (2019). A systematic railway dangerous goods transportation system risk analysis approach: The 24 model. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 61, 94–103. doi: 10.1016/j.jlp.2019.05.021.
4. Dindar, S., Kaewunruen, S., An, M., Osman, M. H. (2016). Natural Hazard Risks on Railway Turnout Systems. Natural Hazard Risks on Railway Turnout Systems, 161, 1254–1259. doi: 10.1016/j.proeng.2016.08.561
5. Etkin, D., Horn, M., Wolford, A. (2017). CBR-Spill RISK: Model to Calculate Crude-by-Rail Probabilities and Spill Volumes. International Oil Spill Conference Proceedings, 3189-3210. doi: 10.7901/2169-3358-2017.1.3189
6. Zhao, X., Chen, C., Shi, C., Zhao, D. (2019). An extended model for predicting the temperature distribution of large area fire ascribed to multiple fuel source in tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, 85, 252-258. doi: 10.1016/j.tust.2018.12.013
7. Pan, Y., Li, M., Luo, X., Wang, C., Luo, Q., Li, J. (2020). Analysis of heat transfer of spilling fire spread over steady flow of n-butanol fuel. International Communications in Heat and Mass Transfer, 116. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104685
8. Zhao, J., Liu, Q., Huang, H., Yang, R., Zhang, H. (2017). Experiments investigating fuel spread behaviors for continuous spill fires on fireproof glass. Journal of Fire Sciences, 35(1), 80–95. doi: 10.1177/0734904116683716
9. Seo, J., Lee, J. S., Kim, H. Y., Yoon, S. S. (2015). Empirical model for the maximum spreading diameter of low-viscosity droplets on a dry wal. Experimental Thermal and Fluid Science, 61, 121–129. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2014.10.019
10. Abramov, Yu., Basmanov, O., Krivtsova, V., Salamov, J. (2019). Modeling of spilling and extinguishing of burning fuel on horizontal surface. Naukovyi Visnyk NHU, 4, 86–90. doi: 10.29202/nvngu/2019-4/16
11. Raja, S., Abbasi, T., Tauseef, S. M., Abbasi, S. A. (2019). Equilibrium models for predicting areas covered by accidentally spilled liquid fuels and an assessment of their efficacy. Process Safety and Environmental Protection, 130, 153–162. doi: 10.1016/j.psep.2019.08.009
12. Meel, A., Khajehnajafi, S. (2012). A comparative analysis of two approaches for pool evaporation modeling: Shrinking versus nonshrinking pool area Process Safety Progress, 34, 304-314. doi: 10.1002/prs.11502
13. Tokunaga, T. K. (2020). Simplified Green-Ampt Model, Imbibition-Based Estimates of Permeability, and Implications for Leak-off in Hydraulic Fracturing. Water Resources Research. doi: 10.1029/2019WR026919
14. Ramli, H., Zabidi, H. A. (2015). Effect of oil spill on hydraulic properties of soil. Malaysian construction research journal, 49. Available online: https://www.academia.edu/download/62252229/MCRJ_V19N2_520200302-87581-109jtez.pdf
15. Abramov, Y. A., Basmanov, O. E., Mikhayluk, A. A., Salamov, J. (2018). Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk NHU, 2, 95-100. doi: 10.29202/nvngu/2018-2/12