Друк

Ключка Ю. П., Дорошенко Д. О. Математична модель нагрівання балонів з газом «пропан-бутан» у житлових будівлях. С. 194-208.

Математична модель нагрівання балонів з газом «пропан-бутан» у житлових будівлях

 

Ключка Юрій Павлович

Харківський національний університет міського

господарства імені О.М. Бекетова

http://orcid.org/0000-0003-1066-4217

 

Дорошенко Дар’я Олегівна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4222-9359

 

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2025-41-13

 

Ключові слова: пропан-бутан, нагрівання, нестаціонарна теплопровідність, вибух, балон, надзвичайна ситуація

 

Анотація

 

Проведено дослідження балонів з газом пропан-бутан та розроблена математична модель для прогнозування поведінки таких систем під впливом температури. На першому етапі встановлено, що частка тепла, необхідного для нагріву газу, становить від 0,73 до 0,8, а матеріал балону може поглинати від 20 % до 100 % тепла, що суттєво впливає на динаміку прогріву. Для балонів об’ємом 12,7 та 26,2 л лише при коефіцієнті заповнення 0,24 та 0,36, відповідно, кількість необхідного тепла для нагріву газу перевищує кількість для нагріву балону. Дані результати свідчать про значний внесок безпосередньо матеріалу балону в поглинання тепла під час нагрівання балону. На другому етапі розглянуто актуальну проблему безпеки житлових та промислових об'єктів, спричинену широким використанням пропан-бутану, який є легкозаймистою та вибухонебезпечною речовиною. Увага приділена ризикам, пов'язаним з нагріванням балонів з пропан-бутаном, що може призвести до підвищення тиску та розгерметизації, викликаючи вибух за сценарієм BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion). Обґрунтовано необхідність розробки математичної моделі, яка б дозволяла прогнозувати зміну температурного режиму компонентів балону (стінок, рідини та газу) та тиску пропан-бутану в ньому в реальному часі під впливом зовнішніх факторів, враховуючи складні процеси теплообміну. Розроблена модель ґрунтується на рівнянні нестаціонарної теплопровідності для корпусу балону з граничними умовами третього роду на зовнішній і внутрішній стінці балона. При побудові моделі враховуються властивості матеріалу балону (теплопровідність, теплоємність, щіль-ність, коефіцієнт теплового розширення), його геометрія (площа поверхні, товщина стінок, форма) тощо. Отримана модель в подальшому дозволить оцінювати температурний розподіл у стінці балону, прогнозувати критичні значення до руйнування та можливого вибуху.

 

Посилання

 

  1. Дорошенко Д. О., Ключка Ю. П., Михайлюк О. П. Аналіз наслідків вибухів та умов утворення газоповітряних сумішей у житлових будівлях. Проблеми пожежної безпеки. 2020. Вип. 48. С. 37–44. Url: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Ppb_2020_48_8
  2. ДСТУ IEC/ISO 31010:2013 Керування ризиком. Методи загального оцінювання ризику (IEC/ISO 31010:2009, IDT). URL: https://khoda.gov.ua/image/catalog/files/dstu%2031010.pdf
  3. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2024 року. Київ, 2025. С. 39. URL: https://dsns.gov.ua/upload/2/3/0/1/6/1/2/analiticna-dovidka-pro-pozezi-za-12-misiaciv-2024-na-sait.pdf
  4. Аналітична довідка про пожежі та їх наслідки в Україні за 12 місяців 2023 року. URL: https://dsns.gov.ua/upload/2/0/2/2/3/2/1/2023-rik.pdf
  5. Ключка Ю. П., Дорошенко Д. О. Експериментальна оцінка тиску пропан-бутану в балоні при його нагріванні. Сталий розвиток міст: пост воєнний період: Матеріали Всеукраїнської науково-технічної конференції. Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова. 2025. С. 237–239. URL: https://science.kname.edu.ua/images/dok/konferentsii/stalyirozvytok2019/2025/C_3_Budivelna_ta_civilna_inzeneria_25.pdf
  6. Гусейнов Р. Н., Панчук Ю. В. Основні розрахункові методи дослідження обставин і механізму техногенних вибухів. Теорія та практика судової експертизи і криміналістики. 2021. № 23. С. 258–269. doi: 10.32353/khrife.1.2021.20
  7. Chengjun Y., Li C., Li Zh., Feng B., Ruizhi Xu. Research on the hazards of gas leakage and explosion in a full-scale residential building. Defence Technology. 2025. Vol. 43. P. 168–181. doi: 10.2139/ssrn.4770361
  8. Turgut P., Gurel M., Pekgokgoz R. LPG explosion damage of a reinforced concrete building: A casestudy in Sanliurfa, Turkey. Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 32. P. 220-235. doi: 10.1016/j.engfailanal.2013.04.004
  9. Krzysiak Z., Samociuk W., Bartnik G., Plizga K., Dziki D., Kaliniewicz Z., Nieoczym A., Wyciszkiewicz A., Otto T. Analysis of tank safety with propane-butane on LPG distribution station. Pol. J. Chem. Technol. 2017. Vol. 19. P. 99–102. doi: 10.1515/pjct-2017-0074
  10. Baobin G., Wenjie Z., Chuangnan R., Shaopeng S., Chenhui G. Study of the effect of gas baffles on the prevention and control of gas leakage and explosion hazards in autility tunnel. Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Issе 7. P. 1–19. doi: 10.3390/app13074264
  11. Ismail M., Sharif K., Udin Z., Hassan M., Nawi M., Hamid Z., Ibrahim J., Othman A. A risk assessment in natural gas supply. International Journal of Supply Chain Management. 2018. Vol.7. №4. P. 180-184. doi: 10.59160/ijscm.v7i4.2371
  12. Tindal J. Forensic engineering analysis of an explosion allegedly caused by an overfilled propane cylinder. Journal of the NAFE. 2018. Vol. 35. № 2. P. 81–99. doi: 10.51501/jotnafe.v35i2.62
  13. Nick C., Mark S., Martin S., Peter F. et al. Fire investigation: a primer for courts. 2023. P. 1-68. URL: https://royalsociety.org/-/media/about-us/programmes/science-and-law/royal-society-fire-investigation.pdf
  14. Chmielewski R., Bąk A. Analysis of the safety of residential buildings under gas explosion loads. Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 43. doi: 10.1016/j.jobe.2021.102815
  15. Tomlin G. Gas explosions in dwellings, the effects of interconnected rooms and obstacles, and the interpretation of thermal damage. 2015. P. 1-480. Url: https://etheses.whiterose.ac.uk/id/eprint/10599/
  16. Паспорт композитного газового балону. URL: https://gazballon.com.ua/wp-content/uploads/2016/11/pasport.pdf
  17. Драганов Б. Х., Бессараб О. С., Долінський A. A., Лазоренко В. О., Міщенко A. B. Теплотехніка. Київ. 2005. С. 400. URL: https://dspace.nuft.edu.ua/server/api/core/bitstreams/9bfb192a-a15b-4685-aa97-975ec8978dc3/content
  18. Рябова І. Б., Сайчук І. В., Шаршанов А. Я. Термодинаміка і теплопередача у пожежній справі. Харків. 2002. C. 352. URL: http://www.univer.nuczu.edu.ua/tmp_metod/467/Titul.pdf