III. Рекомендации по определению основных параметров взрыва ТВС

10. Для моделирования распространения опасных веществ рекомендуется проводить численное интегрирование системы уравнений в частных производных, представимых в виде уравнений (1) - (5).

Уравнение сохранения массы:

. (1)

Уравнение сохранения импульса:

, (2)

где: - тензор напряжений;

F_w,j - сопротивление потока стенкам;

F_o,i - сопротивление потока препятствиям, чей размер меньше одной ячейки вычислительной сетки:

.

Уравнение переноса для энтальпии:

. (3)

Уравнение переноса для массовой доли топлива:

. (4)

где R_fuel - скорость реакции топлива.

Уравнение переноса для доли смешения:

. (5)

11. Турбулентность рекомендуется моделировать по модели , которая состоит из двух уравнений: одно - для кинетической энергии турбулентности (6), второе - для диссипации кинетической энергии турбулентности (7).

Уравнение турбулентной кинетической энергии:

. (6)

Уравнение скорости диссипации турбулентной кинетической энергии:

. (7)

12. Тензор турбулентных вязких напряжений, используемый в уравнении (2), рекомендуется определять следующим образом:

, (8)

где эффективная вязкость определяется следующим образом:

, (9)

где - турбулентная или вихревая вязкость.

13. Вклад сдвиговой турбулентности G_s, движения поверхностей G_w, гравитационной турбулентности G_b и препятствий, чей размер меньше одной ячейки G_o, в образование кинетической энергии турбулентности рекомендуется представлять в виде:

P_k = G_s + G_w + G_b + G_o (10)

где:

; (11)

; (12)

. (13)

14. Диссипацию турбулентной энергии рекомендуется описывать уравнением:

, (14)

где модель плавучести определяется следующим образом:

.

Для моделей с вихревой вязкостью тензор напряжений Рейнольдса определяется следующим образом:

. (15)

В уравнениях (10) - (15) используются константы, сведения о которых приведены в таблицах N 2 и N 3.

Таблица N 2

Значения коэффициентов модели Лаундера и Спалдинга

Таблица N 3

Значения коэффициентов модели турбулентности Прандтля-Шмидта

15. У поверхности земли рекомендуется учитывать эффекты пограничного слоя. Характеристический масштаб в приграничном слое определяется по формуле:

, (16)

где: и T_a - плотность и температура среды;

c_p - изобарная теплоемкость;

k - кинетическая энергия турбулентности;

g - гравитационная постоянная;

H_s - поток тепла от поверхности;

u* - скорость трения.

Масштаб Монина-Обухова (таблица N 4) является мерой стабильности атмосферных пограничных слоев.

Таблица N 4

Масштабы Монина-Обухова и классы устойчивости

16. Масштаб Монина-Обухова рекомендуется оценивать с помощью классов по Паскуиллу, которые являются методом классификации количества турбулентности в атмосфере.

Распределение скорости по высоте:

. (17)

Скорость сдвига:

, (18)

где определяется по формуле:

(19)

где

(20)

17. В таблице N 5 приведены параметры, необходимые для расчета скорости, к и в пограничных слоях.

Таблица N 5

Масштабы Монина-Обухова и классы устойчивости

По приведенным данным из таблицы N 5 масштаб Монина-Обухова рассчитывается следующим образом:

. (21)

18. Для неустойчивых пограничных слоев (A, B и C) параметры рекомендуется рассчитывать по формулам:

(22)

(23)

где - скорость передачи тепла,

, (24)

где h - коэффициент теплопередачи, плотность и теплоемкость c_p воздуха получены при температуре T₀ и P₀ плотности окружающей среды.

19. Для нейтральных и устойчивых пограничных слоев:

(25)

(26)

20. Ламинарную скорость пламени смеси горючих веществ рекомендуется оценивать по формулам (27) - (28).

Зависимость скорости ламинарного горения от давления:

. (27)

Для квазиламинарного режима горения:

, (28)

где R - газовая постоянная для конкретного вещества или смеси:

, (29)

где: R_u - универсальная газовая постоянная;

M - молярная масса.

21. Турбулентную скорость пламени рекомендуется определять по формуле:

. (30)

22. Скорость пламени рекомендуется определять по следующему соотношению:

S_u = max(S_QL, S_T). (31)

23. Коэффициент диффузии из уравнения переноса топлива определяется по формуле:

. (32)

Безразмерную скорость реакции и коэффициент диффузии можно определить по следующим соотношениям:

; (33)

, (34)

где: - длина контрольного объема в первом слое над поверхностью земли;

l_LT - перемешивание,

. (35)

При заданном пределе затухания получено следующее соотношение между коэффициентом диффузии D и безразмерной скоростью реакции W:

, (36)

где:

; (37)

. (38)

Скорость реакции топлива моделируется следующим образом:

, (39)

где - функция Хевисайда.

24. Примеры моделирования аварий с использованием методов вычислительной гидродинамики приведены в приложении N 3 к Руководству.