Результаты определения точностных характеристик двухточечных однопозиционных схем зондирования с отражением излучения Текст научной статьи по специальности «Физика»

а5 <

а6 = —51п—1 + 4т23, 6 т <72 23

Т1 = Т13 "Т23-

При выводе соотношения (20) учитываются равенства:

£

^ = ехр(4т-з),

11

£

= ехр(4г2з)•

(26)

(27)

(28) (29)

21

В случае предельно высокой прозрачности атмосферы вместо соотношения (20) используются формулы

дп , _ Т13

ш/

т < т

| + (2Х3 - 1)2 + X2 + (2Х3 - Х2 )2

23 I + (2х3 -1)2 + (Т13/ п23 )4[х22 + (2х3 - х2)2 ]|2

(30)

5Т1 / 5<1

¡1 + (2х3 -1)2 + < <2)т [х22 + (2х3 - х2)2]

1 Т23/Т13

{ + (2х3 -1)2 I2

(31)

соответственно, при а1=а2 и при о1фо2.

На рисунках 2 - 4 представлены результаты сравнения случайных погрешностей да1 и дт1. Сравнение выполнено с использованием формул (20), (30), (31). Расчеты проведены в широком диапазоне оптических толщин т1. Кривая 1 соответствует значению т=1, кривая 2 соответствует значению т=0,3. При выполнении анализа влияния величин т1, т13, х2, х3, а1/а2, т задавались согласованные параметры, характерные для натурных атмосферных измерений.

5<л

ч

0,8 -

0,6 -

0,4 -

0,2

0,5

1,5

2,5

3 Т1

Рис. 2. Результаты сравнения случайных погрешностей коэффициента ослабления и оптической толщины: 1 - т = 1, 2 - т = 0,3

х2 = 2, х3 = 2,2 , Т13 = 6Т23, <1 = <2

1

1

0

0

1

2

На рисунке 2 представлены результаты расчетов для следующих значений параметров: х2=2; х3=2,2; т]3=6т23; о]=о2. Представленные результаты показывают, что интегральные алгоритмы лидарного определения коэффициента ослабления атмосферы при заданных параметрах являются менее точными, чем алгоритмы определения ее оптической толщины. При этом различие погрешностей может достигать нескольких раз.

На рисунке 3 представлены результаты расчетов для следующих значений: х2=2; х3=3; т]3=2т23; о]=о2. Эти результаты показывают, что рассматриваемые алгоритмы лидарного определения коэффициента ослабления атмосферы при значении т=1 являются менее точными, чем алгоритмы определения ее оптической толщины. При значении т=0,3 алгоритмы лидарного определения коэффициента ослабления являются менее точными при оптических толщинах Т]<1,5 и более точными при оптических толщинах ^>1,5, чем алгоритмы определения оптической толщины.

&Т1 / 1 8 -

Т1 Р '

1,4 -1 -

Рис. 3. Результаты сравнения случайных погрешностей коэффициента ослабления и оптической толщины: 1 - т = 1, 2 - т = 0,3

х2 = 2, х3 = 3, % = 2^3, Р = Р2

На рис. 4 представлены результаты расчетов для значений: х2=2; х3=2,2;

т]3=2т23, причем кривая 1 соответствует равенству р /р2)т = 0,3, а кривая 2 -

X

равенству р / р )т = 0,03. Представленные результаты показывают, что алгоритмы лидарного определения коэффициента ослабления при значении т=1 являются менее точными при оптических толщинах т]>0,4 и более точными при оптических толщинах т]<0,4, чем алгоритмы определения оптической толщины. При значении т=0,3 граничное значение оптической толщины увеличивается с 0,4 до двух.

В разделе рассмотрены интегральные методы интерпретации данных лидарного зондирования атмосферного аэрозоля. Разработаны новые интегральные алгоритмы лидарного определения прозрачности атмосферы, включающие установление связи между оптическими параметрами. Показано, что инте-

гральные алгоритмы лидарного определения коэффициента ослабления атмосферы могут быть как менее, так и более точными, чем алгоритмы определения ее оптической толщины.

8У1 / 5Р1 Т1 о1

2 ■

1,6 -

1,2 -

0,8

0,4

0,5

1,5

2,5

3 т

0

1

2

Рис. 4. Результаты сравнения случайных погрешностей коэффициента ослабления

и оптической толщины: 1 - т = 1, 2 - т = 0,3

X 1

х2 = 2, Х3 = 2,2, т13 = 2Г23, 1 (ох1 о 2)т = 0,3, 2 (о^/ о2)т = 0,03

Таким образом, для повышения точности решения рассмотренной обратной задачи целесообразно осуществить выбор используемого интегрального алгоритма в зависимости от условий выполнения измерений.

Библиографический список

1. Бурлов Г. М. Способ определения показателя обратного рассеяния атмосферы. А. с. № 363061 (СССР) // Бюлл. изобр. — 1973. — № 3.

Метод расчета безопасного расстояния

от аварийных хранилищ нефти открытого типа до мест проведения ремонтных работ

Дудак С. А.,

Национальный университет гражданской защиты Украины,

г. Харьков

Процесс испарения нефти с открытой поверхности хранилища в атмосферу сопровождается образованием на прилегающей к нему территории пожаров-зрывоопасных зон. Правильная оценка опасных размеров данных зон имеет важное научное и практическое значение, так как позволяет обеспечить необходимый уровень безопасности проводимых ремонтных работ, связанных с

аварийными ситуациями на железнодорожных сливо-наливных эстакадах с разливами нефти из цистерн.

Атмосферное рассеивание зависит от состояния окружающей среды, ее физических параметров.

Из вышеизложенного следует, что на рассеивание паров оказывает влияние множество характеристик:

• метеорологические условия: скорость ветра, устойчивость атмосферы, параметры турбулентности;

• рельеф местности;

• фазовые превращения: конденсация и замерзание;

• влияние конвекции: конвективный теплообмен, конвективный массооб-мен, приток тепла с ветром;

• тепловое излучение, обусловленное солнцем и почвой.

Исследование закономерностей распространения паров жидкостей, образующихся при ее испарении с открытой поверхности, и особенности их пространственно-временного распределения, является основой для объективной оценки зон загазованности. Развитие методов прогноза рассеивания облака паров испарившейся жидкости основывается на результатах теоретического и экспериментального изучения распространения паров жидкости от источника их образования.

Изучение осуществляется по двум направлениям:

• на основе методов математического описания распространения паров с помощью решения газо-динамических уравнений совместно с уравнениями турбулентной диффузии;

• эмпирико-статистического анализа распространения паров в атмосфере с использованием для этой цели интерполяционных моделей большей частью гауссовского типа.

В процессе испарения происходит непрерывное изменение химического состава и физических свойств нефти, и как следствие - продуктов испарения. При этом изменяются: Р.5 - давление насыщенного пара нефти; М-молекулярная масса паров нефти; Тнк. - температура начала кипения; рн - плотность нефти и др. Скорость изменения этих параметров зависит от: времени испарения - (т), высоты слоя нефти - (^), температуры поверхности нефти - ( Тнп), температуры нефти - (Тн), скорости ветра - (Ув), атмосферного давления - (Ратм) и др.

Проведенный анализ позволил выявить параметры, которые оказывают наиболее значимое влияние на интенсивность испарения нефти. Это т; Тнп; Ув.

В данной работе предпринята попытка получить математическую зависимость изменения текущих значений массы испарившейся нефти от параметров, оказывающих доминирующее влияние на испарение (температуры поверхности нефти, толщины слоя нефти, времени испарения, скорости ветра).

Для искомых параметров введем следующие обозначения:

М - текущее значение массы испарившейся нефти, с единицы площади.

W - интенсивность испарения нефти, (масса, испарившаяся с единицы площади в единицу времени).

Как уже отмечалось, масса испарившейся нефти находится в функциональной зависимости от целого ряда параметров

м=f(THnA, т^в).

Они могут быть описаны с помощью зависимости следующего вида:

м = f1(hH) • tf2(h) • g1(TH„) • tg2(t"") • 91(VB)- тф^в) . (1)

Для определения численных значений параметров, входящих в названные функции, поочередно проанализируем влияние каждого из основных параметров при фиксированных значениях остальных.

м = а • тР. (2)

Рассматривая теперь величину 1н как аргумент, а коэффициенты а и соответственно Р как функцию от 1н получим следующие формулы:

а = 4,29 • h^34. (3)

Р = 0,667 • h^173. (4)

M = 4,29 X'34 •t0'667h»173. (5)

Зависимости массы испарения нефти от времени испарения при Vв = const, 1н = const и различных фиксированных температурах, оценивающие влияние температуры поверхности нефти описываются уравнениями вида:

м =c•тd. (6)

M = cn •тГ (7)

Коэффициенты с и d определялись аналогично а и Р из зависимостей с = f(T), d = f(T) и описывались следующими уравнениями:

с = 0,042 • Т„н - 11,31. (8)

d = -4 • (293 /Тн„ - 1). (9)

Тогда M = 4,29 • h^34 • т0*667'11«173 -(0,042-ТПн -11,31) • т-4(293/т»"-1). (10)

При установлении зависимости влияния скорости ветра полученные кривые описываются зависимостями :

M = ф • тj. (11)

M = фп •тJn. (12)

Нахождение коэффициентов ф и j осуществлялось аналогично предыдущим.

ф = 0,776 ^(1,46 - e-4,49^). (13)

j = 0,36 • e -9V + 0,15 • VB0,4 - 0,1. (14)

M = 4,29 • h^34 • т0,6671» 173 • (0,042 • X, -11,31) • т-4'293^-1)

н

0,36е-9Ув +0,15 VB»'4-0,1

(15)

•0,776-(1,46 - е ")• т° проведя преобразования, получим:

М = 3,33 • ^'34 • (0,042 • Т„н -11,31) • (1,46 - е-4'49- 4 ) •

• [(0,667Х'173 + (-4• (293/Т^ -1))+ 0,36• е-9' ^ + 0,15^вм -0,1] (16)

[(0,667 Ьн,173+(-4 • (293/-И^эв е-9 ^ +0,15 VB0,4 -0,1]

Соответственно первая производная от текущего значения массы испарившейся нефти с единицы площади будет являться интенсивностью испарения на данный момент времени и примет вид:

W = аМ / а = 3,33 ■ К'34 • (0,042 • Т„н -11,31) • (1,46 - е-4,49 У) •

•[(о,667^Н'173 + (-4-(293/Т^ -1))+ 0,36-е-9^ + 0,15■ У^4 -0,1]-. (17)

[(0,667- Ь0"173+(-4 • (293/Т^п-1))+0,36 е-9 У +0,15 У^^"4 -0,1]-1

Расчет массы испарившейся нефти проводился с дополнительным коэф-

3

фициентом (ро/р) который учитывал разницу плотностей, рассматриваемых нефтей.

М = 3,33 • (р0 / р)3 • ^34 • (0,042 • Тпн -11,31) • (1,46 - е-М9у) •

[(0,667^нд73 + (-4^(293/^п -1))+ 0,36^ + 0,15■VB0'4 -0,1] •, (18)

[(0'667■hH•173+(-4■ (293/Т^-1))+0,36е-9- Ув +0,15. У,0-4-0,1]

где ро и р - плотности Ромашкинской и рассматриваемых нефтей соответственно.

Для оценки среднего значения температуры поверхности нефти предлагается использовать полученную в работе [3] эмпирическую зависимость:

е,с,= 0Ж+ tв.)■(l6■l0-9s2р25тДн.+1). (19)

1п.ср. - средняя температура поверхности нефти, °С; 11н. - температура нефти, °С; Зср-среднесуточная интенсивность прямой солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность в течение дневного времени, Вт/м2; хдн. - продолжительность дневного времени, ч.

Массу и интенсивность испарения нефти предлагается рассчитывать по формулам (16) и (17), полученным в данной работе.

Расчет образующихся зон загазованности при испарении нефти с открытой поверхности в атмосферу следует проводить по методике изложенной в ГОСТ 12.3.047-98 по следующей зависимости:

П 20 (Х - Х )2 У 72

С(х,У.) = I (2_)1,5 Л а • • ехр(-• ехр(-—. (20)

н(2л) •оу ^ 2 ау 2 аyj 2 ^

где 0 = т - ^ - масса СУГ в j -м элементарном объеме, кг; т - массовая скорость истечения СУГ, кг/с; а^, аZJ - среднеквадратичное отклонение распределения концентраций в j-м элементарном объеме, м;

ау (хс - хо); аz(хc - х0) зависят от класса устойчивости по Пасквиллу.

При хс = хо принимается ауо=г/2.14, аZo=h/2.14 .

При хс > хо ау2=ауо2+ау2 - хо); аz2=аzо2+аz2 f(хc - хо).

В результате проведенных расчетов можно определить реальные размеры зон загазованности, возникающих в результате испарения нефти с открытой поверхности аварийного хранилища.

Библиографический список

1. Яковлев В. С. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. — М.: Химия, 1987. — 152 с.

2. Арнольд Л. В., Михайловский Г. А., Селиверстов В. М. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.: Высш. шк., 1979. — 444 с.

3. Демура М. В. Горизонтальные отстойники. — Киев: Гос-стройиздат УССР, 1963. — 55 с.