Испарение жидкого метана с металлической поверхности

Введение. При аварийных проливах жидкого метана на грунт в результате его интенсивного кипения возникает взрывоопасная ситуация. При проливе на металлические поверхности кипение происходит в пленочном режиме, при этом скорость кипения значительно превышает скорость кипения на грунте.
Методы. Расчет скорости испарения жидкого метана выполняется в два этапа: на первом — для значений числа Фурье Fо < 0,5, когда поверхность можно считать термически толстым телом, на втором — для Fо 0,5 вплоть до Fо*, когда температура холодной поверхности достигает второй критической Tкр2 160,56 K и заканчивается пленочное кипение.
Результаты. Подтверждено наблюдение, что коэффициент теплопередачи при пленочном кипении слабо зависит от температурного напора и фактически остается постоянным во время всего процесса пленочного кипения. В этом случае при толщине стального листа 2,5 мм, что соответствует Bi 0,1, его можно считать термически тонким  телом. Это обстоятельство подтверждается расчетами при Fо 0,5. Определено время пленочного кипения и получена масса жидкости, испарившейся за это время.
Заключение. Предложенный метод расчета испарения жидкого метана с металлической поверхности применим и для других пар криогенная жидкость – металл. При этом следует учитывать изменение термической активности металлов (Ср) в зависимости от их температуры.

1. Лыков А. В. Теория теплопроводности : учеб. пособие. —М. : Высшая школа, 1967. —599 с.

2. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.—2-e изд.—М. : Энергия, 1977.—344 c.

3. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. — М. : Энергоатомиздат, 1990. —367 с.

4. Кутателадзе С. С., Боришанский В. Н. Справочник по теплопередаче. — М.–Л. : Госэнергоиздат, 1958. —414 с.

5. Rockett J. A., Milke J. A. Conduction of heat of solids SFPE handbook of fire protection engineering. —3rd ed. —Quincy, Massachusetts : National Fire Protection Association, 2002. —P. 1–27.

6. Горев В. А., Фомина М. В. Упрощенный расчет теплообмена на плоских поверхностях Пожаровзрывобезопасность Fire and Explosion Safety. — 2016. — Т. 25, № 3. — С. 5–14. DOI: 10.18322РVB.2016.25.03.5-14.

7. Тепло- и массообмен в процессах испарения : сб. статей Акад. наук СССР Отв. ред. А. В. Лыков. —М. : Изд-во Акад. наук СССР, 1958. —255 с.

8. Wong H., Rumschitzki D., Maldarelli C. On the surfactant mass balance at a deforming fluid interface Physics of Fluids. —1996.—Vol. 8, No. 11. —P. 3203– 3204. DOI: 10.10631.869098.

9. Герасимов Д. Н., Юрин Е. И. Плотности потоков массы и энергии на поверхности испаряющейся жидкости Теплофизика высоких температур. — 2018. — Vol. 56, No. 3. — P. 372–380. DOI: 10.7868S0040364418030079.

10. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах : утв. приказом МЧС России от 10.07.2009№ 404 (с изм. на 14.12.2010). URL: http:docs.cntd.ru document902170886 (дата обращения: 20.12.2018).

11. СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности (с изм.№1).—Введ. 01.05.2009.—М. :ВНИИПОМЧСРоссии, 2009. —28 c. URL: http:docs.cntd.rudocument1200071156 (дата обращения: 20.12.2018).

12. Ingason H., Li Y. Z. Spilled liquid fires in tunnels Fire Safety Journal. — 2017. — Vol. 91. — P. 399–406. DOI: 10.1016j.firesaf.2017.03.065.

13. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — 2-е изд., доп. и перераб. —М. : Наука, 1972. —720 с.

14. Солодов А. П. Электронный курс. Гл. 18. Теплообмен при кипении. URL: http:docplayer.ru 45457268-18-teploobmen-pri-kipenii.html (дата обращения: 10.12.2018).

15. Мартынов Г. А. Флуктуационная теория жидкостей Теплофизика высоких температур. — 2018. —Т. 56, № 3. —С. 353–364. DOI: 10.7868S0040364418030055.

16. Аметистов Е. В., Клименко В. В., Павлов Ю. М. Кипение криогенных жидкостей.—М. : Энергоатомиздат, 1995. —400 с.

17. Байдаков В. Г. Достижимый перегрев ожиженных газов и их растворов Физика низких температур. —2013. —Т. 39, № 8. —C. 835–862.

18. Plachta D. W., Johnson W. L., Feller J. R. Zero boil-off system testing Cryogenics. — 2016. — Vol. 74. —P. 88–94. DOI: 10.1016j.cryogenics.2015.10.009.

19. Bellur K., Mйdici E. F., Kulshreshtha M., Konduru V., Tyrewala D., Tamilarasan A., McQuillen J., Leгo J. B., Hussey D. S., Jacobson D. L., Scherschligt J., Hermanson J. C., Choi C. K., Allen J. S.Anew experiment for investigating evaporation and condensation of cryogenic propellants Cryogenics.—2016. —Vol. 74. —P. 131–137. DOI: 10.1016j.cryogenics.2015.10.016.

20. Notardonato W. U., Swanger A. M., Fesmire J. E., Jumper K. M., Johnson W. L., Tomsik T. M. Final test results for the ground operations demonstration unit for liquid hydrogen Cryogenics. — 2017. — Vol. 88. —P. 147–155. DOI: 10.1016j.cryogenics.2017.10.008.

21. Holman J. P. Heat transfer. —10th ed. —New York : McGraw-Hill, 2009. —758 p.

22. Vandebroek L., Berghmans J. Safety aspects of the use ofLNGfor marine propulsion Procedia Engineering. —2012. —Vol. 45. —P. 21–26. DOI: 10.1016j.proeng.2012.08.114.

23. Ajaev V. S. Interfacial fluid mechanics: A mathematical modeling approach.—Boston,MA: Springer, 2012. —217 p. DOI: 10.1007978-1-4614-1341-7.