Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы V Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А

гинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12.- № 2. - С. 17-25.

16.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

17.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

18.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

19.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

20.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ», 2009.

- 247 с.

21.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

22.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 27-34.

23.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 34-41.

24.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

R. G. Ezhov, M.Y. Sudakov

ASSESSMENT OF THE RADIATION SITUATION IN THE UNIT IN CASE OF ACCIDENTS AT RADIATION HAZARDOUS OBJECTS

The article deals with the basic actions of military officials in the threat of radioactive contamination of objects, the calculations of research to identify and assess the radiation situation in cases of destruction (accidents) of radiation hazardous objects; presents an algorithm for solving and rapid assessment of the consequences of destruction (accidents) of radiation hazardous objects; identified indicators necessary to assess the consequences and organization of regime-restrictive measures in the military unit in cases of threat of radiation contamination.

Key words: detection and assessment of radiation situation, destruction on radiation hazardous object.

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named

after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh

360

УДК 614.8.363:546.171.1

А. Н. Жильцов НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ПАРОВ АММИАКА ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДОЙ

Проведены экспериментальные исследования процесса нейтрализации паров аммиака при различных его концентрациях тонкораспыленной водой и определено влияние различных факторов на этот процесс.

Ключевые слова: аммиак, авария, выброс, пары, тонкораспыленная вода, зона нейтрализации, концентрация, коэффициент нейтрализации.

Аммиак широко используется в промышленности и объемы его производства постоянно увеличиваются. Несмотря на значительную растворимость аммиака в воде (до 700 объемов в одном объеме воды), эффективность применения водяных завес невелика.

Эффективность водяных завес составляет до 15 % [1, 2]. Это связано с тем, что:

высота постановки завесы не превышает 15 м, а аммиачное облако поднимается достаточно высоко, так как газообразный аммиак легче воздуха;

постановка водяных завес связана с затратами определенного времени, в среднем не менее 15 мин;

для постановки завесы необходим большой объем воды;

крупные капли воды поглощают малое количество аммиака;

процесс десорбции значителен.

Специальных исследований по определению эффективности и области применения различных технических средств нейтрализации паров аммиака, образующихся в результате аварийных выбросов, не проводили. Нормативные документы по применению эффективных технических средств нейтрализации паров аммиака также практически отсутствуют как в нашей стране, так и за рубежом.

Цель работы –провести экспериментальные исследования нейтрализации газообразного аммиака тонкораспыленной водой в водно-воздушной среде и определить влияние различных факторов на этот процесс.

На основании результатов аналитического обзора выполненных исследований по вопросам нейтрализации паров аммиака был выбран метод хемосорбции, который основан на абсорбции паров аммиака тонкодисперсным водным раствором кислого реагента с последующей их нейтрализацией.

Сущность метода заключается в том, что пары аммиака нейтрализуются тонкораспыленным водным нейтрализатором.

Впроцессе исследований концентрацию газообразного аммиака определяли газоанализатором КОЛИОН 1В, газовым хроматографом 3600 и контролировали индикаторными трубками ГХ - АММИАК - У5 с аспиратором АМ-5.

Блок-схема установки нейтрализации газообразного аммиака при экспериментальных исследованиях представлена на рис. 1

Впроцессе исследований концентрацию газообразного аммиака определяли газоанализатором КОЛИОН 1В, газовым хроматографом 3600 и контролировали индикаторными трубками ГХ - АММИАК - У5 с аспиратором АМ-5.

Исследования нейтрализации паров аммиака проводили при их концентрации от 180 до 8000 мг/м3, так как для человека максимальное поражающее действие паров аммиака в воздухе наступает при концентрации в 3150 мг/м3 [3].

Генерация паров аммиака осуществлялась в кислородной подушке ёмкостью 30 л, в которую шприцем впрыскивали 25 %-й раствор водного аммиака. Затем подушку полностью заполняли воздухом. Концентрацию аммиака определяли до и после зоны нейтрализации.

_________________________________

©Жильцов А.Н., 2019

361

k Cисх Сней 100 ,

Сней

где Сисх – исходная концентрация паров аммиака в камере генерирования, мг/м3; Сней–концентрация паров аммиака в зоне нейтрализации, мг/м3..

На первом этапе проведено определение концентрации аммиака до зоны нейтрализации и после неё без подачи нейтрализующего раствора.

Однако во влажных условиях происходит уменьшение концентрации газообразного аммиака с увеличением длины зоны нейтрализации. Измерение концентрации аммиака проводили через 2 мин после распыления воды.

Уменьшение концентрации связано с абсорбцией аммиака капельками воды, которые находятся на стенках камеры нейтрализации. Эти зависимости соблюдаются в широком диапазоне (от 3,8·10-5 до 10,2·10-5 м3/с) расхода аммиачно-воздушной смеси.

На втором этапе проводили исследования эффективности нейтрализующего агента – тонкораспыленной воды без каких-либо добавок. Исследования проводили при различном давлении воды в распылителе (от 0,1 до 0,5 МПа). При этом расход воды был равен соответственно: 4,8·10־7, 7,2·10־7 и 10,1·10־7м3/с. Варьировался также расход аммиачно-воздушной смеси от 2,4·10־5до 17,5·10־5 м3/с.

Влияние концентрации паров аммиака на эффективность их нейтрализации тонкораспыленной водой изучалось при постоянных расходах аммиачно-воздушной смеси Qам = 10,2·10-5м3/с и тонкораспыленной воды Qн = 10,1·10-7 м3/с. Концентрация паров аммиака при этом варьировалась в диапазоне от 3000 до 8000 мг/м3.

На рис. 3. приведены эти зависимости для процесса на расстояниях в 5, 100 и 260 мм от распылителя.

Рис. 3. Зависимость коэффициента нейтрализации k, % (♦ -k5, ■- k100, ▲- k260)

от концентрации аммиака Сисх в аммиачно-воздушной смеси при расходе тонкораспыленной воды Qн = 10,1·10-7м3/с и расходе аммиачно-воздушной смеси Qам = 10,2·10-5м3/с

Как видно из приведенных данных, эффективность нейтрализации аммиака тонкораспыленной водой увеличивается с уменьшением концентрации аммиака.

Влияние расхода тонкораспыленной воды на процесс нейтрализации паров аммиака изучали в диапазоне расхода Qн от 4,8·10-7 до 10,1·10-7 м3/с.

Исследования проводили при постоянных расходах аммиачно-воздушной смеси 15,0·10-5м3/с и концентрации аммиака 3000 мг/м3 (рис. 4).

Установлена линейная зависимость при высоких значениях коэффициентов корреляции между коэффициентом нейтрализации и расходом тонкораспыленной воды при постоянных расходе аммиачно-воздушной смеси и концентрации аммиака.

363

Изучение влияния расхода аммиачно-воздушной смеси на эффективность нейтрализации аммиака тонкораспыленной водой проводили при постоянном расходе тонкораспыленной воды Qн = 4,8·10-7 м3/с и концентрации аммиака от 180 до 320 мг/м3. Расход аммиачновоздушной смеси Qам при этом варьировали в диапазоне от 2,4·10-5 до 15,0·10-5м3/с (рис. 5).

Рис. 4. Зависимость коэффициента нейтрализации k, % (♦ -k5, ■- k100, ▲- k260) от расхода тонкораспыленной воды при расходе аммиачно-воздушной смеси

Qам = 15,0·10-5м3/с и концентрации аммиака Сисх = 3000 мг/м3

Рис.5. Зависимость коэффициента нейтрализации k, % (♦ -k5, ■- k100, ▲- k260)

от расхода аммиачно-воздушной смеси Qам при постоянном расходе тонкораспыленной воды

Qн = 4,8·10-7 м3/с и концентрации аммиака Сисх от 180 до 320 мг/м3

Из приведенных данных следует, что эффективность нейтрализации аммиака тонкораспыленной водой увеличивается с уменьшением расхода аммиачно-воздушной смеси.

Кроме того, из приведенных выше данных (см. рис. 3, 4 и 5) видно, что эффективность нейтрализации аммиака тонкораспыленной водой увеличивается с увеличением длины зоны нейтрализации.

Выводы. На основании полученных данных о нейтрализации паров аммиака тонкораспыленной водой следует, что степень нейтрализации паров аммиака увеличивается с:

увеличением длины зоны нейтрализации;

уменьшением концентрации паров аммиака;

увеличением расхода нейтрализатора;

уменьшением расхода аммиачно-воздушной смеси.

364

Полученные результаты по степени поглощения газообразного аммиака тонкораспыленной водой в водно-воздушной среде позволят проводить расчеты количества тонкораспыленной воды, необходимого для нейтрализации паров аммиака, которые образуются в результате его аварийного выброса.

Литература

1.Котов, Г.В. Исследование абсорбции аммиака движущимися водяными каплями из аммиачно-воздушной смеси / Г.В. Котов, А.П. Еремин, С.Ю. Елисеев // Вестн. Команд.- инженер. ин-та МЧС Респ. Беларусь. – 2007. – № 1. – С. 12–17.

2.Жильцов, А.Н. Нейтрализация паров аммиака в капле нейтрализующего раствора / А.Н. Жильцов // Сб. материалов ХП Междунар. науч.-практ. конф. – Иваново, 2017. –

С. 475 – 478.

3.Авалиани, С.Л. Оценка реальной опасности химических веществ на основе анализа зависимости концентрация (доза) – статус организма / С.Л. Авалиани, Е.В. Иродова // Гигиена

исанитария. – 1996. – № 5. – С. 58 – 60.

Государственный научно-исследовательский институт горноспасательного дела, п ожарной безопасности и гражданской защиты «РЕСПИРАТОР» МЧС ДНР

A.N. Zhiltsov

NEUTRALIZATION OF AMMONIA VAPOR WITH WATER SPRAY

The experimental investigations of the process of ammonia vapor neutralization by its different concentrations with water spray have been carried out, and the influence of various factors on this process has been determined.

Key words: ammonia, accident, emission, vapor, water spray, zone of neutralization, concentration, neutralization factor.

The “Respirator” State Scientific Research Institute of Mine-rescue Work,

Fire Safetyand Civil Protection of the MChSDPR

365

УДК 004.94:620.17:69

С.Д. Николенко1, С.А. Сазонова1, В.Ф. Асминин2, А.В. Звягинцева1, Д.С. Осмоловский2, Н.В. Заложных1

ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ НА СВОЙСТВА БЕТОНА

Для определения влияния дисперсного армирования на свойства бетона требуется построение адекватных математических моделей. В статье рассматривается математическая основа для учета влияния дисперсного армирования на упрочнение бетона с учетом геометрических размеров конструкции. Получены коэффициенты ориентационного ослабления деформации фибры при изотропном распределении фибр и с учетом эффекта стеснения. Приведена усовершенствованная модель случайных деформаций тонкой фибры в процессе перемешивания. Разработаны технологические предложения по увеличению прочности изделий и конструкций из фибробетона за счет увеличения концентрации фибры в поверхностном слое напрессовыванием.

Ключевые слова: математическое моделирование, фибра, бетон, дисперсное армирование, деформации, геометрическая вероятность.

Бетон продолжает оставаться одним из наиболее широко применяемых и доступных строительных материалов. Для обеспечения соответствующих свойств бетона в качестве добавки применяют дисперсное армирование [1]. Оно представляет собой хаотично расположенные в массе бетона отрезки фибр, то есть различных волокон, чаще изготовленных из стали [2]. Такие бетоны называют сталефибробетоны. Добавленные в бетон стальные волокна существенно влияют на его конечные свойства. Эти свойства сталефибробетона обусловили большой интерес к нему. Например, в Японии уже в 1981 году использовалось около 3 000 тонн стальной фибры.

За последние годы наметились значительные сдвиги в области совершенствования технологии приготовления бетонной смеси. Этап приготовления бетонной смеси является основным в комплексе бетонных работ. В процессе приготовления бетона формируется его качества. При этом это качество уже нельзя повысить на последующих технологических этапах, то есть при транспортировании, укладке, уплотнении и окончательном твердении.

Качество дисперсно-армированных бетонов во многом определяются равномерностью распределения армирующих волокон. Оценка влияния фибр на упрочение бетона является важным вопросом. При этом важным является информация о закономерности распределения в бетоне фибры. Эта задача относится к так называемым задачам о геометрических вероятностях [3, 4, 5, 6, 7]. Вопросы распределения фибр в бетоне рассмотрена в работах [8, 9, 10, 11, 12]. Вопросам технологии дисперсно-армированных бетонов уделяется большое внимание в различных странах, в частности в Англии, США, Германии, Японии, Франции, Испании, Швеции, Дании и Новой Зеландии. В большинстве развитых стран мира активно изучают теоретически и экспериментально свойства фибробетонов в зависимости от способа армирования.

Помимо усовершенствования экспериментальной базы для стохастического изучения свойств дисперсно-армированных бетонов различными видами фибр, необходимо развивать теоретическую базу, с помощью которой можно более углубленно изучить характерные физические свойства конструкций и изделий из сталефибробетона.

Выбранную таким образом для изучения физическую модель необходимо описать с помощью математических моделей, дающих возможность выявить стабильно повторяющиеся свойства исследуемых изделий и конструкций из сталефибробетона. Полученные математические модели позволят более точно и оперативно проанализировать реальные прочностные свойства объектов исследования и на их основе сформулировать технологические предложения для практического применения.

_________________________________

© Николенко С.Д., Сазонова С.А., Асминин В.Ф., Звягинцева А.В., Осмоловский Д.С., Заложных Н.В., 2019

366

При разработке математической модели с целью описания в объеме бетона дисперс- но-распределенных армирующих элементов будем использовать в качестве основных характеристик: объемное содержание, диаметр, количество, площадь сечения, площадь поверхности и длину армирующих волокон.

Целью исследования является построение математической модели влияния дисперсного армирования на упрочнение бетона, пригодной для применения при разных соотношениях параметров бетона и стальной фибры с учетом геометрических размеров конструкции.

Поскольку относительная деформация фибр при растяжении или сжатии бетона не зависит от их ориентации, то усилие сопротивления деформации одинаково для фибр любой ориентации по величине, но по разному ориентировано.

При однонаправленном сжатии или растяжении в результате случайной пространственной ориентации фибр сопротивление деформации отдельной фибры составляет

.

Общий коэффициент ослабления сопротивления случайно ориентированных фибр по сравнению с пучком однонаправленных по направлению деформации фибр составит

(1)

где - объемная плотность фибр; – длина фибр; – полярный угол фибр; Этот коэффициент необходимо учитывать при учете влияния фибры на деформацию и

разрушение фибробетона.

В реальных конструкциях всегда присутствуют границы, вблизи которых фибры не могут ориентироваться свободно произвольным образом, если расстояние до границы меньше, чем длина фибр . Кроме этого возможен эффект двустороннего стеснения, когда расстояние между параллельными границами конструкции меньше продольных размеров проволочек. Этот случай фактически не отличается существенным образом от первого, хотя является значительно более специфическим и его следует избегать в реальных технологических ситуациях, по причине резкого ухудшения реологических параметров бетонной смеси при таком стеснении, что чрезвычайно затруднит заполнение бетоном столь узких пространств.

Пусть имеется некоторая область, заполненная бетоном и находящаяся вблизи стенки, ограничивающей возможные угловые положения фибры.

Для нестесненных фибр дифференциальная плотность углового распределения определяется формулой.

(2)

В случае стеснения фибр их нельзя выдвинуть на расстояние под произвольным углом в направлении ограничивающей стенки из-за возможного упирания в стенку. Если

ляет поперечные размеры эффективного объема, в котором производится подсчет фибр для определения плотности пересечения фибр с заданной плоскостью сечения, которая направлена перпендикулярно стенке и в которой лежит ось .

Таким образом получим

(4)

367

Для получения полной плотности пересечений фибры с перпендикулярной стенке плоскости сечения необходимо вычислить интеграл дифференциального распределения (4) по углам. Этот интеграл представляется в виде суммы двух определенных интегралов в соответствии с областями задания изменения углов в формулах (4):

жение (5) переходит в формулу для плотности пересечений в отсутствие стеснения. На рис. 1 показано отношение плотности пересечений при наличии стеснения к плотности в отсутствии стеснения как функция предельного угла .

Рис. 1. График увеличения плотности пересечений фибр по мере удаления от стенки

Представляет интерес исследовать вопрос о площади сечений при стеснении фибр и перераспределении напряжений. Следует ожидать, что эти параметры также имеют тенденцию к снижению при приближении к стенке в результате эффекта стеснения. И в этом случае мы ограничимся поперечным сечением к ограничивающей поверхности и одноосным сжатием или растяжением в направлении границы раздела. Последнее условие соответствует продольному растяжению или сжатию балки. Такое ограничение сужает общность рассмотрения, но не исключает рассмотрения изгибной деформации балки.

Необходимо отметить, что проведенное выше рассмотрение основывается на определенных предположениях о характере распределения фибр в бетоне. Если при рассмотрении распределения без учета стеснения такими предположениями были однородность и изотропность материала, то при учете сдавливания предполагалось что данный эффект просто геометрически исключает из однородного изотропного распределения часть фибр, которые не могут иметь соответствующие конфигурации в силу ограничений, накладываемых близким расположением стенки.

Хотя сделанные предположения является вполне естественными, реальные распределения в значительной мере определяются как в зависимости от способа приготовления бетонной смеси с учетом особенностей перемешивания, так и в зависимости от способа подачи бетонной смеси и особенностей ее укладки в опалубку. Из этого следует необходимость и целесообразность рассмотрения целого ряда сложных динамических задач.

Нашей целью теперь будет вычисление доли площади сечений фибр в общей площади сечений и коэффициента ослабления сопротивления фибр с учетом эффекта стеснения. В обоих случаях мы будем иметь в виду сечения перпендикулярные поверхности, вызывающей стеснение.

368

Как показано выше, в случае расчета без учета стеснения соответствующее диффе-

и фактор достигает своего предельного значения, равного 1.

Рис. 2. График отношение площади сечений при наличии стеснения к площади сечений в отсутствии стеснения как функция предельного угла а

переходит в значение 1/3, даваемое формулой при отсутствии эффекта стеснения (рис.3). Таким образом, если вблизи поверхности эффект армирования стремится к нулю,

то в районе имеется максимум на глубине около 0,7l от поверхности.

Следует подчеркнуть, что все результаты и выводы, относящиеся к эффектам стеснения, основаны на определенных начальных физических предположениях, сводящихся к тому, что из общего числа фибр, находящихся в единичном объеме в среднем на удалении от граничной стенке при приближении к стенке остаются только те, которые расположены так, что стенка никак не препятствует им. Хотя такое предположение может быть оправдано при различных способах приготовления бетона перемешиванием, однако оно не связано с каки-

369