Preview

Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Определение нагрузок на здания и сооружения при внешних взрывах топливно-воздушных смесей

https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.01.88-98

Полный текст:

Аннотация

Введение. При проектировании зданий и сооружений на опасных производственных объектах перед инженером стоит важная задача — определить нагрузки при внешних взрывах топливно-воздушных смесей. В настоящее время в практике проектирования для оценки различных воздействий на строительные конструкции широко применяются программные комплексы, использующие подход вычислительной гидрогазодинамики (CFD). В связи с этим необходимо разработать подход к расчету нагрузок методами численного моделирования и выполнить его оценку, сравнив с экспериментальными данными.

Цели и задачи. Целью настоящей работы является разработка подхода к определению нагрузок от внешнего детонационного взрыва топливно-воздушной смеси на здания и сооружения различной конфигурации при помощи методов вычислительной гидрогазодинамики.

Основная часть. Рассмотрен подход к определению нагрузок на строительные конструкции зданий и сооружений при внешних детонационных взрывах ТВС на основании метода «сжатого баллона». Предложены зависимости для задания исходных данных при выполнении численных расчетов с помощью компьютерных программ, использующих подход вычислительной гидрогазодинамики — CFD. Выполнено численное моделирование в программном комплексе ANSYS Fluent различных экспериментов. Для оценки точности метода «сжатого баллона» применительно к расчету внешнего детонационного взрыва проведено сравнение результатов численного моделирования и инженерных нормативных методик с различными экспериментами.

Выводы. Проведенное численное моделирование распространения взрывной волны при различных условиях показало качественное и количественное совпадение с рассматриваемыми экспериментами. Рассмотренный расчетный метод позволяет достаточно точно реализовать профиль давления на любую поверхность здания или сооружения при внешнем детонационном взрыве ТВС и оценить несущую способность строительных конструкций. Предложенный подход к расчету нагрузок при внешнем детонационном взрыве ТВС может применяться при проектировании зданий или сооружений различной конфигурации.

Об авторах

М. А. Липленко
Научно-исследовательский институт трубопроводного транспорта
Россия

Липленко Максим Александрович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник отдела технологии строительства и ремонта

РИНЦ ID: 761794

117186, г. Москва, Севастопольский пр-т, 47а



А. Н. Бороденко
Научно-исследовательский институт трубопроводного транспорта
Россия

Бороденко Александр Николаевич, старший научный сотрудник отдела технологии строительства и ремонта

117186, г. Москва, Севастопольский пр-т, 47а 



Г. В. Мосолов
Научно-исследовательский институт трубопроводного транспорта
Россия

Мосолов Георгий Владимирович, канд. техн. наук, начальник отдела технологии строительства и ремонта

РИНЦ ID: 884901

117186, г. Москва, Севастопольский пр-т, 47а



Список литературы

1. Хуснутдинов Д.З., Мишуев А.В., Казеннов В.В., Комаров А.А., Громов Н.В. Аварийные взрывы газовоздушных смесей в атмосфере. М. : МГСУ. 2014. 80 с.

2. Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д-ра техн. наук. М. 2001. 492 с.

3. Шаргатов В.А., Сумской С.И., Софьин А.С. Верификация модели распространения волн избыточного давления программного комплекса TOXI+CFD // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 5. С. 44–52. DOI: 10.24000/0409-2961-2018-6-44-52

4. Комаров А.А., Бажина Е.В. Определение уровня взрывоопасности городской застройки, прилегающей к энергоемким объектам // Природообустройство. 2019. № 2. С. 105–109. DOI: 10.34677/1997-6011/2019-2-105-109

5. Remennikov A.M., Rose T.A. Modelling blast loads on buildings in complex city geometries // Computers and Structures. 2005. Vol. 83. Issue 27. Pp. 2197–2205. DOI: 10.1016/j.compstruc.2005.04.003

6. Lucas M., Skjold T., Hisken H. Computational fluid dynamics simulations of hydrogen releases and vented deflagrations in large enclosures // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2020. Vol. 63. P. 103999. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103999

7. Zibarov A.V. Gasdynamicstool packege — system for numerical gas dynamic non-steady process modeling // ASME. 1999. Vol. 397-1. Pp. 117–123.

8. Molkov V.V., Cirrone D.M.C., Shentsov V.V., Dery W., Kim W., Makarov D.V. Blast wave and fireball after hydrogen tank rupture in a fire // Advances in Pulsed and Continuous Detonations : Сollected papers / Edited by S.M. Frolov. Moscow. 2019. Pp. 260–274. DOI: 10.30826/ICPCD201821

9. Bauwens C.R., Dorofeev S.B. CFD modeling and consequence analysis of an accidental hydrogen release in a large scale facility // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. Issue 35. Pp. 20447–20454. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.04.142

10. Hansen R., Johnson D.M. Improved farfield blast predictions from fast deflagrations, DDTs and detonations of vapour clouds using FLACS CFD // Loss Prevention in the Process Industries. 2015. Vol. 35. Pp. 293–306. DOI: 10.1016/j.jlp.2014.11.005

11. Van Den Berg A.C., Mercx W.P.M., Mouilleau Y., Hayhurst C.J. AutoReaGas – A CFD – Tool for gas explosion hazard analysis // TNO Prins Maurits Laboratory. 1994. 15 p.

12. Chern Jinn Gan E., Remennikov A.M., Ritzel D. Investigation of trees as natural protective barriers using simulated blast environment // International Journal of Impact Engineering. 2021. Vol. 158. P. 104004. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.104004

13. Vyazmina E., Jallais S., Beccantini A., Trelat S. CFD design of protective walls against the effects of vapor cloud fast deflagration of hydrogen // ICHS 6th, Yokohama, Japan. 2015.

14. Jallais S., Vyazmina E., Miller D., Thomas J.K. Hydrogen jet vapor cloud explosion: A model for predicting blast size and application to risk assessment // Process Safety Progres. 2018. Vol. 37. Issue 3. Pp. 397–410. DOI: 10.1002/prs.11965

15. Smith P.D., Rose T.A. Blast wave propagation in city streets — an overview // Progress in Structural Engineering and Materials. 2006. Vol. 8. Pp. 16–28.

16. Kim D., Kim J. Numerical method to simulate detonative combustion of hydrogen-air mixture in a containment // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2019. Vol. 13. Issue 1. Pp. 938–953. DOI: 10.1080/19942060.2019.1660219

17. Brode H.L. Numerical solutions of spherical blast waves // Journal of Applied Physics. 1955. Vol. 26. Issue 6. Pp. 766–775.

18. Larcher M., Casadei F. Explosions in complex geometries — a comparison of several approaches // International Journal of Protective Structures. 2010. Vol. 1. Issue. 2. Pp. 169–195.

19. Groethe M., Merilo E., Colton J., Chiba S., Sato Y., Iwabuchi H. Large-scale hydrogen deflagrations and detonations // International Journal of Hydrogen Energy. 2007. Vol. 32. Pp. 2125–2133. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2007.04.016

20. Nozu T., Tanaka R., Ogawa T., Hibi K., Sakai Y. Numerical simulation of hydrogen explosion tests with a barrier wall for blast mitigation // 1st International Conference on Hydrogen Safety, Pisa, 8–10 September. 2005.


Рецензия

Для цитирования:


Липленко М.А., Бороденко А.Н., Мосолов Г.В. Определение нагрузок на здания и сооружения при внешних взрывах топливно-воздушных смесей. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022;31(1):88-98. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.01.88-98

For citation:


Liplenko M.A., Borodenko A.N., Mosolov G.V. The calculation of loads on buildings and structures caused by outdoor explosions of the fuel-air mixture. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2022;31(1):88-98. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.01.88-98

Просмотров: 93


ISSN 0869-7493 (Print)
ISSN 2587-6201 (Online)