Строительство и архитектура/5. Теплогазоснабжение и вентиляция

Кубис В.А.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Выбор оптимального способа формирования защитной газовоздушной завесы

Проблема техногенных аварий, связанных с выбросами аварийно химически опасных веществ, всегда стоит остро. Еще большую опасность представляют арсеналы по хранению уничтожению химического оружия.

Ранее был предложен и обоснован принципиально новый способ активной защиты населения от аварийно химически опасных веществ (АХОВ) [1]. Он позволяет значительно снизить заражение приземного слоя атмосферы в селитебной зоне в случае появления источника заражения вблизи населенного пункта. Снижение достигается путем рассеивания опасных веществ в атмосфере с помощью защитной приземной направленной вверх струйной газовоздушной завесы, расположенной неподалеку от источника заражения по направлению ветра.

Существуют два принципиальных способа формирования защитной вертикальной завесы.

1. Вынужденная завеса, которая формируется путем вдува воздуха через щель определенной ширины с однородной начальной скоростью.

2. Свободноконвективная завеса, которая формируется путем нагрева приземной части воздуха линейным источником теплоты.

Существует описание установки для формирования вынужденной завесы и выполнен сравнительный расчет параметров истечения и ее геометрических характеристик [2]. Для создания завесы высотой Н=50 м, при скорости ветра υ=3 м/с, скорости вдува воздуха через щель w₀=15 м/с, ширина щели должна быть ~ 1,67 м. Для формирования одного погонного метра завесы необходимо обеспечить начальный объемный расход воздуха 25 м³/с, или 90 000 м³/ч, а для формирования завесы длиной l=10 м потребуется расход воздуха 250 м³/с, площадь поперечного сечения воздухоподводящего канала при этом составит ~33.4 м². Полученные результаты показывают, что затраты механической энергии для обеспечения такого большого расхода воздуха очень велики, а реализация такой установки с технической точки зрения очень сложна.

Одним из вариантов реализации данной установки для формирования вынужденной завесы, является выполнение ее в виде соединенных между собой автономных секций [2].

Вторым вариантом формирования защитной завесы, является создание свободноконвективной струи, путем сжигания жидкого топлива со свободной поверхности. В работе [3] описана возможность реализации данного способа. Основными параметрами при расчете являются: скорость ветра υ (м/с), ширина свободной поверхности разлитого жидкого топлива, (керосина) (м), линейная плотность тепловыделения (МВт).

Для того чтобы под действием ветра конвективная колонка не разрушалась, необходимо чтоб соблюдалось следующее соотношение:

, (1)

Например, для скорости ветра υ=3 м/с, необходима плотность тепловыделения =191 МВт. Однако величина тепловыделения с 1 м² зеркала горящего керосина ограничена величиной q=2,45 МВт/м², поэтому ширина зеркала для данного случая должна быть не менее 78 м. В связи с большими размерами необходимого зеркала горения техническое осуществление данного способа представляет не малые трудности.

Третий вариант создания защитной завесы, нагрев приземного слоя воздуха путем сжигания газообразного топлива истекающего из трубного коллектора расположенного на поверхности земли.

Здесь основными параметрами являются: скорость ветра υ (м/с), линейная плотность тепловыделения (МВт), расход газа (м³/с)

В работе [4] приведена зависимость расхода газа необходимого для создания устойчивой конвективной колонки от скорости ветра:

, (2)

При скорости ветра υ= 3 м/с, расход газа на каждый погонный метр будет 5,13 м³/с, а на завесу длиной 10 м 51,3 м³/с – соответственно.

Проанализировав данные способы создания защитной завесы можно сделать вывод, что использование воздуходувных машин является наиболее мобильным и применимо в тех случаях, когда аварийно химически опасные вещества сконцентрированы в небольших количествах в различных местах.

Литература:

1. Обухов И.А., Майоров В.А., Гусев А.А. Новый способ активной защиты населения от ядовитых или отравляющих веществ // Безопасность жизнедеятельности. 2001. № 8. – С. 18 - 20.

2. Майоров В.А., Обухов И.А. Мобильная установка для формирования воздушной завесы для защиты населения от аварийно химически опасных веществ. Патент РФ №2232039 Бюл. № 19, 2004.

3. Майоров В.А., Обухов И.А. Особенности мобильной системы формирования свободноконвективной газовоздушной завесы для защиты населения от аварийно химически опасных веществ // Безопасность жизнедеятельности. 2005. № 3. – С. 22 - 25.

4. Обухов И.А., Майоров В.А. Способ формирования газовоздушной завесы для защиты населения от ядовитых или отравляющих веществ. Патент РФ №2229908. Бюл. № 16, 2004.