3294

Рис. 4 – Сравнение результатов данного экспериментального исследования, численного моделирования и справочных данных [15]

Результаты эксперимента, представленные на рис. 4, удовлетворительно аппроксимируются следующими формулами:

где LБ, LС – соответственно расход воздуха в боковом ответвлении и на слиянии потоков, м3/ч.

Полученные значения коэффициентов местных сопротивлений очередь хорошо согласуются как с известными данными [15], так и с ранее проведенными численными исследованиями [9].

Заключение.

Проведено подробное испытание установки по исследованию сопротивления фасонных элементов вентиляционных систем. Результаты калибровки измерительных диафрагм показали необходимость корректировки заводских тарировочных графиков для используемого в эксперименте диапазона протекающих через диафрагму расходов, а также позволили составить аппроксимирующие зависимости для более удобного использования этих результатов при обработке измерений.

Проверка потерь давления на трение показало достаточно хорошее соответствие получаемых результатов известной формуле Блазиуса. Результаты по измерению КМС в

- 31 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

широком диапазоне изменения расходов протекающих по ветвям тройника также достаточно хорошо согласуются с известными и достоверными экспериментальными данными и численными расчетами. Все это позволяет говорить о возможности использования исследованной установки для экспериментального исследования энергоэффективных фасонных деталей вентиляционных систем с целью верификации данных, получаемых в результате компьютерного моделирования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Соединительный фасонный элемент с профилирующими вставками : пат. 2604264 Рос. Федерация : МПК F16L 43/00, МПК F16L 25/14 / Зиганшин А.М., Алещенко И.С., Зиганшин М.Г. и др. ; заявитель и патентообладатель: Казанский гос. арх.-строит. университет. – № 2014137755/06; заявл. 17.09.14 ; опубл. 10.12.16, Бюл. № 34. – 13 с.

2.Heskestad, G. Two-Dimensional Miter-Bend Flow / G. Heskestad // J. Basic Eng. – 1971. – Vol. 93. – № 3. – P. 433-443.

3.Hirota, M. Experimental study on turbulent mixing process in cross-flow type T-junction

/M. Hirota // Int. J. Heat Fluid Flow. Elsevier Inc. – 2010. – Vol. 31. – № 5. – P. 776-784.

4.Haase, D. Strömung in einem 90°-Knie // Ingenieur-Archiv. – 1954. – Vol. 22. – № 4. – P. 282-292.

5.Логачев, И. Н. Моделирование отрывных течений вблизи всасывающей щели / И. Н. Логачев, К. И. Логачев, В. Ю. Зоря, О. А. Аверкова // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. – 2010. – Т. 11. – № 1. – С. 43-52.

6.Röhrig, R. Comparative computational study of turbulent flow in a 90° pipe elbow / R. Röhrig, S. Jakirlić, C. Tropea // Int. J. Heat Fluid Flow. – 2015. – Vol. 55. – P. 120-131.

7.Beneš, L. Numerical simulations of flow through channels with T-junction / L. Beneš // Appl. Math. Comput. – 2013. – Vol. 219. – № 13. – P. 7225–7235.

8.Посохин, В. Н. К расчету потерь давления в местных сопротивлениях. Сообщение 1 / В. Н. Посохин, А. М. Зиганшин, Е. В. Варсегова // Известия высших учебных заведений. – Строительство. – 2016. – №4. – С. 66-73.

9.Зиганшин, А. М. Численное моделирование течения в двухмерном тройнике / А. М. Зиганшин, В. Н. Посохин, Л. Н. Бадыкова, Г. А. Гимадиева // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2015. – №5. – С. 89-95.

10.Беляева, Е. Э. Численное определение вихревых зон при срыве потока с внутренней кромки острого отвода / Е. Э. Беляева, Т. Ф. Шамсутдинов // Материалы межрегиональной научной конференции X Ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых в 4 т. – Вологда: Вологодский государственный университет, 2016. – С. 72-75.

11.Зиганшин, А. М. Численное исследование истечения из бокового последнего и среднего отверстий / А. М. Зиганшин, Г. А. Гимадиева, К. Э. Батрова // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективность на промышленных предприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве», посвящённой памяти д-ра техн. наук, профессора А. А. Сандера. – Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2017. – С. 103-111.

12.Зиганшин, А. М. Снижение энергозатрат при движении потоков путём профилирования фасонных частей в коммуникациях энергоустановок / А. М. Зиганшин // Надёжность и безопасность энергетики. – 2015. – №1 (28). – С.63-68.

13.Зиганшин, А. М. Снижение потерь давления при профилировании острого отвода и отвода с нишей / А. М. Зиганшин, Е. Э. Беляева, В. А. Соколов // Известия высших учебных заведений. – Строительство. – 2017. – № 1. – С. 108-116.

14.Зиганшин, А. М. Сопротивление вентиляционного тройника на слиянии при его профилировании / А. М. Зиганшин, Л. Н. Бадыкова // Материалы Всероссийской научно-

-32 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

анализа влияния различных внешних факторов на возникновение и развитие чрезвычайных ситуаций на объектах систем теплогазоснабжения, на безопасность населения и экосистемы, позволяющего прогнозировать чрезвычайные ситуации в тех или иных условиях, обосновывать и доказывать ее достоверность на научном, а не на интуитивном уровне. Для этой цели необходимо построить вероятностные модели процесса выбора решений восстановления объектов систем теплогазоснабжения при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Рис. 1 – Ущербы и периодичность природных и техногенных катастроф

Использование подобных математических моделей позволяет осуществить сравнительные расчеты для принятия эффективных управленческих решений и, в определенной степени, прогнозировать развитие техногенных чрезвычайных ситуаций.

Задача управления чрезвычайными ситуациями на объектах систем теплогазоснабжения и ликвидации их последствий представляет собой сложную проблему, которая требует для своего решения не только идентификации и определения количественных характеристик возможных последствий и методов борьбы с ними, но и учета всех экономических и социальных факторов для эффективного управления действием персонала в условиях чрезвычайных ситуаций, принимая во внимание изменение ситуации во времени [8, 9].

Процесс, который должен быть реализован для решения задачи, представляет собой процесс распределения ограниченных материальных ресурсов на ликвидацию тех или иных видов опасностей, появляющихся при возникновении чрезвычайных ситуаций, воздействию которых может быть подвержено население и окружающая среда.

К рассмотрению обязательно должны приниматься:

располагаемые силы и средства ремонтных бригад, которые также будут определять очередность и скорость восстановления;

имеющиеся в районе аварии запасы труб и прочих необходимых для работ материалов;

-36 -

 возможность работы бригад в условиях продолжающегося разрушающегося воздействия (наводнения, разлива, подземных толчков).

Необходимо рассматривать возможность не только репликации прежней схемы, но и возможность использования новых материалов, новых схемных решений (согласно текущей обстановке). Более чем оправданным становится применение таких современных средств строительства и реконструкции, как направленное бурение, санация протяжкой полиэтиленовых труб и перехода на более высокие давления с уменьшением диаметров труб [10…13].

Прежде всего, необходимо подчеркнуть разницу между общепринятым понятием аварии и новым вводным понятием «групповой отказ». Групповой отказ характерен тем, что при его возникновении у эксплуатирующих организаций недостаточно имеющихся сил и средств для восстановления работоспособности систем теплогазоснабжения в определенные сроки.

Ситуация может усугубляться временем года (максимум сезонной нагрузки), наличием неотключаемых потребителей на поврежденных участках. Групповой отказ не позволяет укладываться в нормативное время ремонта и поддерживать всех потребителей на ограниченной раздаче продукта (газа, теплоты) безопасное время.

Во время возникновения группового отказа возникает нестандартная задача ремонта. Восстановлению подлежат сразу множество вышедших из строя участков. Очередность проведения каждого этапа восстановления должна определяться, опираясь на экономические и надежностные критерии. Критериями могут быть разные факторы. В первую очередь, очевидно, следует рассмотреть потребителей, которые оказались пострадавшими.

Значимость потребителей, снабжение которых следует восстанавливать, и будет первоочередным определяющим фактором.

Задачу управления чрезвычайными ситуациями на объектах систем теплогазоснабжения можно считать сформулированной математически, если:

1.Сформулирована цель управления, выраженная через критерий качества управления.

2.Определены ограничения первого и второго видов.

Всвязи с этим, следует отметить два вида ограничений:

1.Законы природы, в соответствии с которыми происходит движение управляемой системы (представленные в виде алгебраических дифференциальных уравнений).

2.Ограниченность ресурсов, используемых при управлении чрезвычайных ситуаций, которые в силу физических особенностей не могут и не должны превосходить некоторых пределов (представленные в виде систем алгебраических уравнений или неравенств).

Состояние систем теплогазоснабжения описывается многомерной переменной о = (о(1), о(2),…., о(n))t, называемой вектором состояния объекта и являющейся точкой в некотором пространстве (рис. 2).

Рис. 2 – Структурная схема взаимодействия переменных

- 37 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

Полную совокупность неконтролируемых внешних факторов, оказывающих влияние на процесс управления, назовем состоянием природы и обозначим через Сп. Управляющее воздействие обозначим через у. Обычно используется несколько управляющих воздействий у = (у(1), у(2),…., у(n))t. Через У обозначим множество всех значений управления у, т.е. у У. Введем в рассмотрение выходные переменные Цу, выражающие цели управления в явном виде.

На рис. 3 показан ход управления развитием чрезвычайных ситуаций на объектах систем теплогазоснабжения.

Рис. 3 – Ход управления развитием чрезвычайных ситуаций на объектах систем теплогазоснабжения

На основании выше сказанного, при разработке модели восстановления систем теплогазоснабжения в условиях чрезвычайных ситуаций авторами предлагается рассмотреть и выполнить:

1.Пространственный анализ и оценку геологической характеристики района возможной чрезвычайной ситуации:

а) для существующих систем в рабочем состоянии; б) для существующих систем в аварийном состоянии;

в) для вновь строящихся систем – самомоделирование.

Решение этой задачи поможет ответить на вопрос – как оценить уровень деструктивного воздействия без фатального зондирования ситуации со спутников и аэрофотосъемки (то есть путем моделирования).

2.Разработать программный блок гидравлического расчета системы теплогазоснабжения:

а) для существующих систем в рабочем состоянии; б) для существующих систем в аварийном состоянии;

в) для вновь строящихся систем – самомоделирование.

Решение этой задачи даст ответ на вопрос – как меняются гидравлические характеристики системы при «групповом отказе».

3.Разработать программный блок расчетов надежности системы теплоили газоснабжения для неотключаемых потребителей:

а) для существующих систем в рабочем состоянии; б) для существующих систем в аварийном состоянии;

в) для вновь строящихся систем – самомоделирование.

-38 -

Разработка данного программного блока позволит выполнить расчет надежности энергетических систем неотключаемых потребителей, коэффициента надежности (принимая значение минимально допустимым).

4. Разработать программный блок экономического расчета затрат на восстановление системы тепло- и газоснабжения и выбор наиболее экономичного варианта:

а) для существующих систем в рабочем состоянии; б) для существующих систем в аварийном состоянии;

в) для вновь строящихся систем – самомоделирование.

Заключение.

Установлено, что для принятия эффективных управленческих решений при восстановлении систем теплогазоснабжения необходимо разработать комплекс программ и учесть геологические характеристики района проектирования систем, изменение гидравлического режима в процессе восстановления по различным сценариям развития аварий с точки зрения надежного снабжения потребителей. Этого можно достичь предварительным прогнозированием аварий, а также разработкой методик выбора вариантов восстановления систем теплогазоснабжения при различных видах внешних воздействий.

Результаты проведенных авторами исследований позволяют осуществить сравнительные расчеты для принятия эффективных управленческих решений и, в определенной степени, прогнозировать развитие техногенных чрезвычайных ситуаций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Колосов, А. И. Динамическое моделирование как инструмент прогнозирования и планирования мероприятий эксплуатации инженерных систем в неопределенных стохастически развивающихся ситуациях / Колосов А. И., Щербинин Г. И., Свищев О. В., Васильев И. В. // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2012. – № 3(8). – С. 39-43.

2.Колосов, А. И. Математическое моделирование процесса реструктуризации городских систем газоснабжения низкой ступени давления / Колосов А. И., Панов М. Я. // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 2. – С. 34.

3.Колосов, А. И. Моделирование потокораспределения на этапе развития структуры городских систем газоснабжения / Колосов А. И., Панов М. Я., Стогней В. Г. // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2013. – т. 9. – № 3-1. –

С. 56-62.

4.Колосов, А. И. Разработка модели восстановления систем инженерного обеспечения при экстраординарных воздействиях / Колосов А. И. // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2004. – № 10. – С. 44.

5.Колосов, А. И. Разработка модели ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на инженерных системах энергетики / Колосов А. И., Сотникова О. А. // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2006. – т. 2. – № 4. – С. 27-31.

6.Колосова, Н. В. Ликвидация последствий аварий на объектах инженерных систем теплогазоснабжения / Колосова Н. В., Сенькин К. М., Соя Ю. А., Бочаров В. О. // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2012. – № 3(8). – С. 44-50.

7.Переславцева, И. И. Оценка пожарного риска объекта строительства и разработка методов его снижения / И. И. Переславцева, И. В. Нартова, А. С. Немчилов // Инновации в науке. – 2014. – № 29. – С. 76-80.

8.Переславцева, И. И. Прогнозирование разрушений аммиакопроводов при возникновении чрезвычайных ситуаций / И. И. Переславцева, В. Д. Касенков, Д. Ю. Попков,

-39 -