Моделювання нагріву стінки резервуара з нафтопродуктом, що горить

Abstract

Побудовано математичну модель нагріву стінки вертикального сталевого резервуара з нафтопродуктом, що горить. В основі моделі лежать рівняння теплового балансу для стінки резервуара та рівняння балансу тепла і маси нафтопродукту. Для частини стінки вище рівня нафтопродукту враховано теплообмін випромінюванням з полум’ям, поверхнею рідини і навколишнім середовищем, а також конвекційний теплообмін з парами нафтопродукту в газовому просторі резервуара і повітрям ззовні резервуара. Частина стінки нижче рівня нафтопродукту приймає участь в конвекційному теплообміні з рідиною і навколишнім повітрям. Зниження рівня нафтопродукту в резервуарі призводить до зменшення питомої масової швидкості вигорання внаслідок зменшення коефіцієнта взаємного опромінення між точками на поверхні рідини і полум’ям. Чисельне розв’язання системи диференціальних рівнянь дозволяє визначити розподіл температури по стінці резервуара в довільний момент часу. Показано, що найбільше нагрівається верхній край стінки. Зокрема, при горінні бензину, її температура досягає майже 800 ºC. При цьому найбільшу небезпеку становить нагрів верхнього краю стінки з підвітряного боку внаслідок додаткового теплового потоку на зовнішню поверхню стінки від основи полум’я, що розширилася за межі резервуара внаслідок деформації полум’я вітром. Наприклад, при горінні бензину в вертикальному сталевому резервуарі ємністю 5000 м3 і швидкості вітру 2 м/с температура вказаної частини стінки перевищує 950 ºC. Показано, що зменшення рівня нафтопродукту призводить до зменшення довжини полум’я. Відносне відхилення між розрахованою довжиною полум’я і зафіксованою в спостереженнях не перевищує 9 %. Отримані результати можуть бути використані для оцінювання теплового стану резервуарів, прогнозування можливості виникнення прогресуючого руйнування, а також для розроблення заходів протипожежного захисту в резервуарних парках