ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ САМОНАГРІВАННЯ НАСИПУ РОСЛИННОЇ СИРОВИНИ  З МЕТОЮ ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСУ ПОЧАТКУ ПОЖЕЖІ

М. М. БІЛЯЄВ; О. В. БЕРЛОВ; В. В. БІЛЯЄВА; В. А. КОЗАЧИНА

doi:10.30838/J.BPSACEA.2312.281221.7.809

Автор(и)

М. М. БІЛЯЄВ Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Україна
О. В. БЕРЛОВ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Україна
В. В. БІЛЯЄВА Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна
В. А. КОЗАЧИНА Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.281221.7.809

Ключові слова:

теплоперенос;насип рослиної сировини; чисельне моделювання; кінцево-різницеві схеми

Анотація

Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування динаміки нагріву насипу рослинної сировини внаслідок дії мікроорганізмів. Діяльність мікроорганізмів приводить до локального підвищення температури в насипу рослинної сировини, що приводить , з часом, до виникнення пожежі на елеваторі. Оцінювання проміжку часу на протязі якого може виникнути пожежа на елеваторі є задачею особливо актуальною. Мета роботи. Розробка чисельної багато параметричної моделі для розрахунку процесу нагріву насипу рослинної сировини на елеваторі з метою визначення часу коли можливе виникнення пожежі у сховищі. Методика. Для математичного моделювання процесу нагріву насипу рослинної сировини застосовується двовимірне рівняння теплопереносу (рівняння енергії). Дане рівняння враховує можливість розрахунку поля температури при наявності в насипу рослинної сировини шарів з різними тепловими властивостями. Для чисельного інтегрування двовимірного рівняння теплопереносу використовуються дві кінцево-різницеві схеми. Для побудови першої кінцево-різницевої схеми здійснюється аналітичне розщеплення моделюючого рівняння теплопереносу на два кроки. На кожному кроці розщеплення невідоме значення температури визначається за явної схемою «розрахунку, що біжить». Друга кінцево-різницева схема є явною схемою для чисельного інтегрування двовимірного рівняння теплопереносу. Наукова новизна. Розроблена ефективна чисельна модель, що дозволяє оперативно, методом обчислювального експерименту визначати, як змінюється, з часом, поле температури всередині насипу рослинної сировини з метою визначення часу можливої пожежі на елеваторі. Модель враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на процес нагріву насипу рослинної сировини. Практична значущість. На базі розробленої моделі створена комп’ютерна програма, що дозволяє в режимі реального часу визначати температурне поле всередині насипу рослинної сировини на елеваторі. Чисельна модель буде корисна для аналізу ризику виникнення пожежі на елеваторах та розробки заходів для зменшення виникнення цієї екстремальної ситуації. Висновки. Створена чисельна модель та комп’ютерна програма, що реалізує її на комп’ютері, що дозволяє методом обчислювального експерименту досліджувати динаміку нагріву насипу рослинної сировини та прогнозування часу виникнення можливої пожежі. Розроблена комп’ютерна програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Представлені результати обчислювального експерименту.

Посилання

Alymov V.T. and Tarasova N.P. Tekhnogennyy risk: analiz i otsenka [Technogenic risk: analysis and evaluation]. Uchebnoye posobiye dlya vuzov [A manual for higher education institutions]. Moscow: IKTs «Akademkniga», 2004, 118 p. (in Russian).

Vinogradov A.G. Razvitie nauchnyh osnov sistem zashchity rabotnikov ot moshchnyh teplovyh izluchenij vodyanymi zavesami: dissertatsiya [Development of scientific foundations of systems for protecting workers from powerful thermal radiation by water curtains: dissertation]. Cherkassy, 2017, 360 p. (in Russian).

Gorshkov V.I. Tushenye plameny goryuchyx zhydkostej [Extinguishing flames of flammable liquids]. Moscow: Pozhnauka Publ., 2007, 268 p. (in Russian).

Brushlinsky N.N. and Korolchenko A.Ya. Modelirovanie pozharov i vzryvov [Simulation of fires and explosions]. Moscow: Pozhnauka Publ., 482 p. (in Russian).

Biliaiev M.M., Berlov O.V., Biliaieva V.V. and Cherednychenko L.A. Ocіnka riziku termіchnogo urazhennya u vipadku avarіjnogo gorіnnya [Assessment of risk of thermal injury in case of accidental burning]. Vіsnik Pridnіprovs'koї derzhavnoї akademії budіvnictva ta arhіtekturi [Bulletin of the Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Vol. 6 (271-272), 2020, pp. 54–60. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.241120.54.698. (in Ukraine).

Roache P.J. Vychislitel'naia gidrodinamika [Computational Fluid Dynamics]. Moscow: Mir Publ., 1980, 446 p. (in Russian).

Samarskiy A.A. Teoriya raznostnykh skhem [The theory of difference schemes]. Moscow: Nauka Publ., 1983, 616 p. (in Russian).

Zgurovskiy M.Z., Skopetskiy V.V., Khrushch V.K. and Belyaev N.N. Chislennoye modelirovaniye rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede [Numerical modeling of pollution spreading in the environment]. Kyiv: Naukova Dumka Publ., 1997, 368 p. (in Russian).

Anthony Michael Barret. Mathematical Modeling and Decision Analysis for Terrorism Defense: Assessing Chlorine Truck Attack Consequence and Countermeasure Cost Effectivness: dissertation. Pittsburg, Pennsylvania, USA, 2009, 123 p.

Biliaiev M. Numerical Simulation of Indoor Air Pollution and Atmosphere Pollution for Regions Having Complex Topography. Air Pollution Modeling and its Application XXI (Springer). 2012, pp. 87–91.

Chan W.R., Nazaroff W.W., Price P.N. and Gadgil A.J. Effectiveness of Urban Shelter-in-Place. II: Residental Districts, 2008, 31 р. URL: http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/928232 (Accessed 29 March 2014). doi: 10.1016/j.atmosenv.2007.04.059.

Ilic P., Ilic S., Stojanovic Bjelic L. Hazard modelling of accidental release chlorine gas using modern tool. ALOHA Software. Quality of Life. Vol. 9, 2018, pp. 38–45. doi:10.5937/univtho8-18014.

John S. Nasstrom, Gayle Sugiyama, Ronald L. Baskett, Shawn C. Larsen and Michael M. Bradley. The National Atmospheric Release Advisory Center (NARAC) Modeling and Decision Supports System for Radiological and NUCLEAR Emergency Preparedness and Response. Int. J. Emergency Management. No. 3, vol. 4, 2007, pp. 1−32.

Lacome J.M., Truchot D. and Duplantier S. Application of an innovative risk dedicated procedure for both conventional and 3D atmospheric dispersion modells evaluation. 18th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. 2017, pp. 1–5.

Cao C., Li C., Yang Q. and Zhang F. Multi-Objective Optimization Model of Emergency Organization Allocation for Sustainable Disaster Supply Chain. Sustainability. Vol. 9, iss. 11, 2017. doi: 10.3390/su9112103.