Математичне моделювання зовнішнього теплового навантаження на пожежника-рятувальника при горінні рідких нафтопродуктів в резервуарах

Abstract

Анотація. Мета - аналіз умов і факторів, що визначають екстремальні значення теплового навантаження на рятувальника під час гасіння палаючих резервуарів з нафтопродуктами на основі математичного моделювання термодинамічних процесів в системі «джерело теплової енергії - простір навколо пожежника - захисний одяг - людський організм» на основі метода кінцевих елементів. За допомогою ANSYS 9.0 обґрунтовано і вивчено роль ряду чинників що суттєво впливають на перерозподіл температур в системі. Новим у підході до моделювання є сукупність елементів системи, що об’єднує в єдиний ланцюг процеси від джерела горіння до поверхні тіла рятувальника з урахуванням властивостей оточуючого середовища, захисного одягу тощо. Для детального аналізу були побудовані температурні розподілення на зовнішній і внутрішній поверхнях захисного спорядження та на поверхні тіла. Розглянуто два варіанта розміщення тіла рятувальника біля джерела горіння, а саме – положення стоячи і лежачи. Отримано розподілення температури по поверхні ґрунту у радіальному напрямку від резервуара на 20-й хвилині продовження розвинутої пожежі. Це дало змогу вивчити залежність максимальної температури та часу нагріву поверхні тіла пожежника-рятувальника від відстані до резервуару із пожежею. При аналізі отриманих розрахункових залежностей для згладжування отриманих даних було побудовано регресійні залежності для параметрів, що характеризують небезпеку термовпливу пожежі над резервуаром для пожежників-рятувальників – максимальної температури нагрівання поверхні тіла та час досягнення критичної температури на поверхні тіла у залежності від дистанції до резервуару із пожежею. У найбільш небезпечній зоні для досліджуваних положень (стоячи та лежачи) його тіла встановлено залежності максимальної температури нагрівання поверхні тіла пожежника-рятувальника та часу досягнення критичної температури від ступеня чорноти поверхні ґрунту. Для побудування математичної моделі впливу комплексу факторів на тіло пожежника проведено повний факторний експеримент. Виконано планування та розроблено матрицю експерименту, реалізовано моделювання і отримані рівняння регресії, які описують механізм розповсюдження теплоти в системі. Оцінено погрішності моделювання, відносне відхилення не перевищує 5,3%. Отримані результати будуть використані для розробки практичних рекомендацій з профілактики та попередньої підготовки рятувальних підрозділів до ліквідації пожеж в резервуарних парках.