Метод експериментального визначення параметрів просочення рідини в ґрунт

Олійник Володимир Вікторович

Національний університет цивільного захисту України

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

Басманов Олексій Євгенович

Національний університет цивільного захисту України

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

Михайловська Юлія Валеріївна

 Національний університет цивільного захисту України

https://orcid.org/0000-0003-1090-5033

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-36-2

Ключові слова: розлив рідини, параметри просочення, модель Грін-Ампт, коефіцієнт пористості, сипучий матеріал

Анотація

Об’єктом дослідження є процес просочення рідини в сипучий матеріал. Побудовано математичну модель для визначення параметрів просочення рідини в ґрунт: коефіцієнта пористості ґрунту, коефіцієнта гідравлічної провідності і показника капілярності. 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. Основна ідея методу полягає в тому, щоб визначити параметри просочення таким чином, щоб розрахункове значення глибини просочення якнайменше відрізнялося від експериментально отриманих значень. Наведено метод оцінки параметрів моделі просочення рідини вглиб ґрунту. Спочатку проводиться відеофіксація процесу просочення рідини в зразок ґрунту, насипаного в скляний мірний циліндр. Далі на основі аналізу відеозапису вимірюється глибина просочення рідини в певні моменти часу. Оцінка коефіцієнта пористості знаходиться безпосередньо із отриманих експериментальних даних, а для оцінки значень коефіцієнта гідравлічної провідності і показника капілярності побудовано і розв’язано задачу мінімізації. В якості критерію вибору значень параметрів використано мінімум суми квадратів відхилень експериментально визначених глибин просочення від розрахункових. Розв’язання задачі мінімізації проводиться методом градієнтного спуску. При цьому значення частинних похідних апроксимовані їх виразами у скінчених різницях. В якості прикладу використання наведеного методу було проведено оцінку параметрів просочення сирої нафти в пісок. Порівняння розрахованої глибини просочення з експериментально визначеною свідчить про задовільну збіжність результатів. Запропонований метод визначення параметрів просочення може бути використаний при практичному застосування моделі розтікання і просочення рідини на ґрунті.

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. Huang W., Shuai B., Zuo B., Xu Y., Antwi E. A systematic railway dangerous goods transportation system risk analysis approach: The 24 model. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 61. P. 94–103. doi: 10.1016/j.jlp.2019.05.021
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. 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
7. 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
8. 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. Available online: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6849
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. Abramov Y., Basmanov O., Oliinik V., Khmyrov I. Justifying the experimental method for determining the parameters of liquid infiltration in bulk material. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 4/10(118). P. 24–29. doi: 10.15587/1729-4061.2022.262249
16. Ramli H., Zabidi H. A. Effect of oil spill on hydraulic properties of soil. Malaysian construction research journal. 2015. Vol. 49. Available online: https://www.academia.edu/download/62252229/MCRJ_V19N2_520200302-87581-109jtez.pdf
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. Абрамов Ю. О., Басманов О. Є., Олійник В. В. Моделювання розтікання горючої рідини внаслідок аварії на залізничному транспорті. Проблеми надзвичайних ситуацій. 2021. Вип. № 1(33). С. 30–42. doi: 10.52363/2524-0226-2021-33-3