Написание статей по компьютерному моделированию

Сжигание нефтяных разливов на месте исторически рассматривалось как метод реагирования в крайнем случае. Динамика воспламенения и устойчивого горения нефтяных разливов до сих пор не изучена. Ранняя попытка проанализировать процесс сжигания нефтяных разливов и установить руководящие принципы для определения того, когда он будет успешным, а когда нет, была предпринята в 1979 году. До этой работы испытания проводились в основном для демонстрации различных продуктов, разрабатываемых для воспламенения и содействия сжиганию разливов. Томпсон проанализировал использование сжигания на месте в ответ на аварии с разливом нефти. Его обзор дает представление о технологии, использовавшейся в 1970-х годах, и о неоднозначных результатах практического реагирования на крупные инциденты с разливами нефти. В общем, поскольку сжигание рассматривалось как метод реагирования в крайнем случае, нефть могла находиться в воде в течение нескольких дней, прежде чем была предпринята попытка сжигания. Чем дольше масло остается в воде, позволяя летучим компонентам испаряться (выветривание) и воде эмульгироваться с маслом под действием волн, тем труднее разливувоспламениться и сгореть. Для того чтобы сжигание на месте было широко эффективным, его необходимо рассматривать как один из основных методов ликвидации разливов нефти.
В 1985 году НИСТ начал исследования горения нефтяных разливов на открытых водах и в каналах, образованных битым льдом, в поддержку программы обеспечения безопасности в морском бурении службы Управления полезными ископаемыми Министерства внутренних дел. Первоначальная цель программы состояла в том, чтобы найти средства для обобщения экспериментальных результатов Брауна,Гудмена , Смита и Диаса для сжигания нефти в ледовых проводах. Смит и Диас сжигали нефть на поверхности воды, ограниченной ледяными блоками (имитирующими разбитые ледяные образования) в резервуарном комплексе EPA OMSETT в Леонардо, штат Нью-Джерси. Результаты экспериментов были обнадеживающими в отношении эффективности сжигания , поскольку обычно более 50% нефти, разлитой в ледяном пласте, можно было удалить сжиганием, а в некоторых случаях и более 90%.
Было быстро понято, что для того, чтобы получить признание для сжигания разлива нефти на месте, возможность количественно оценить количество и последствия дыма от ожога имеет большее значение, чем количественное определение количества нефти, удаленной из воды при сжигании. Последнее было в центре внимания многих исследований, финансируемых промышленностью. Для решения проблем горения, дымообразования и переноса дыма было ясно, что потребуются экспертные знания в области горения, динамики пожара, вычислительного потока жидкости, измерения частиц, химического анализа и крупномасштабных измерений пожара. У NIST были возможности собрать эту междисциплинарную команду и средства для поддержки ее экспериментальных и вычислительных усилий.
В рамках исследовательской программы NIST был проведен обзор технологий сжигания и периодически собирался материал о потребностях в исследованиях на семинарах, проводимых NIST.Другие источники также рассмотрели технологию сжигания разливов нефти и другие методы реагирования.
Чтобы понять и количественно оценить важные особенности горения необходимо было провести три шкалы экспериментов. Лабораторные испытания предоставили данные о свойствах, эксперименты с использованием крупномасштабных установок для сжигания на открытом воздухе предоставили мезомасштабные данные и средства для разработки и оценки контрольно-измерительных приборов, и, наконец, фактические ожоги разлитой нефти в море предоставили данные о сжигании на месте в предполагаемом масштабе фактических операций реагирования. В рамках этой исследовательской программы продолжалось взаимодействие между результатами измерений небольших пожарных экспериментов, проведенных в контролируемых лабораторных условиях NIST и Национального научно-исследовательского института пожаров и катастроф (NRIFD) в Митаке, Токио, Япония, и крупными пожарными экспериментами на таких объектах, как USCG Fire Safety and Test Unit в Мобиле, штат Алабама, где возможно сжигание жидкого топлива на открытом воздухе в больших кастрюлях.
В NIST были использованы два крупных объекта для проведения измерений пожаров на месторождениях сырой нефти размером от 0,085 м до 0,6 м в диаметре. Наименьшие пожары диаметром 0,085 м проводились в конусном калориметре для определения эффективной теплоты сгорания сырой нефти и оценки дымоотдачи с использованием трех различных методов измерения. Конусный калориметр, более Формально известный как стандартный метод испытаний на тепловыделение и видимые скорости Дымоотдачи материалов и изделий с использованием калориметра потребления кислорода

. Название прибора-конусный калориметр-происходит от формы нагревателя, используемого для облучения образцов. Змеевики нагревателя выполнены по внутренней поверхности усеченного конуса. Путем наложения дополнительного теплового излучения на небольшой образец, Образец заставляют гореть, как если бы он находился внутри большого огня. Основные характеристики воспламеняемости материала могут быть оценены с помощью этого лабораторного прибора. К ним относятся: скорость тепловыделения, эффективная теплота сгорания, общее тепловыделение, воспламеняемость, скорость потери массы, удельная площадь угасания дыма и выход различных газообразных и твердых частиц.
Для получения данных NIST о количестве и свойствах дыма по мере увеличения диаметров пожаров использовался более крупный калориметрический аппарат, способный вместить образцы диаметром до 0,6 м. К выхлопному потоку из капота были добавлены обширные контрольно-измерительные приборы и оборудование для отбора проб.
Пробы, взятые из канала вытяжного колпака, были использованы для количественной оценки количества каждого основного продукта сгорания, образующегося на килограмм сожженной сырой нефти, химического состава дыма, включая содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), распределения частиц по размерам как свежего, так и выдержанного дыма, а также кислорода, потребляемого в процессе сгорания. Калориметрия потребления кислорода используется для измерения скорости тепловыделения огня, которая является основной величиной, используемой для характеристики интенсивности горения. Для дальнейшей характеристики процесса горения были использованы дополнительные приборы для измерения лучистого теплового потока от пламени и скорости потери массы горящего топлива.
Относительно небольшие, диаметром 0,6 м, пожары обеспечивали средства измерения характеристик пожара в контролируемых условиях, но были слишком малы, чтобы обеспечить адекватную проверку измерительного оборудования, разрабатываемого для использования в полевых условиях. В рамках сотрудничества с НРИФ были проведены совместные исследования характеристик горения сырой нефти. NRIFD поддерживает установку для испытания на пожаротушение, в которой сжигаются залежи сырой нефти диаметром до 3 м, а все продукты сгорания собираются в большой вытяжной системе. На этом объекте можно было бы разместить пожары достаточно больших размеров, чтобы пакеты проб, предназначенные для мезомасштабных полевых испытаний, можно было оценить по сравнению с традиционными лабораторными измерениями. Для этого выхлопная система здания была сконструирована таким образом, чтобы измерения, аналогичные тем, которые проводились на объекте NIST, можно было проводить, эффективно используя все испытательное здание NRIFD в качестве вытяжного шкафа для сбора дыма.
Мезомасштабные ожоги сырой нефти проводились под руководством NIST на испытательном полигоне пожарной охраны и безопасности береговой охраны США (USCG) на острове Литтл-Сэнд в Мобил-Бей, штат Алабама. Маленький песчаный остров имеет площадь около 0,2 км2 и включает в себя списанные корабли, пришвартованные в лагуне. Корабли и сооружения на острове использовались для широкого спектра полномасштабных морских огневых испытаний.
Ожоги проводились в номинальном стальном поддоне площадью 15 м, построенном специально для сжигания разливов нефти. Жаровня имела глубину 0,61 м и была построена с двумя периметральными стенками примерно на расстоянии 1,2 м друг от друга, образующими внутреннюю и внешнюю области кастрюли. Внутренние размеры внутренней части кастрюли составляли 15,2 м на 15,2 м. две стенки по периметру соединялись перегородками, а пространство между стенками, образующее внешнюю часть кастрюли, заполнялось заливной водой во время ожогов. Основание кастрюли представляло собой стальную пластину толщиной 6 мм,а стенки-стальную пластину толщиной 5 мм. Верхушки стен были укреплены стальным углом, чтобы предотвратить деформацию во время ожогов. Основание кастрюли располагалось на уровне земли и было укреплено стальными балками на стальных подставках под кастрюлю. Трубы для заливки воды были соединены как с внутренней, так и с внешней областями кастрюли. Вода перекачивалась непосредственно из передвижного отсека как во внутреннюю, так и во внешнюю части котла. Внутренняя область кастрюли была заполнена примерно 0,5 м воды, и сырое масло было добавлено поверх воды. В 4 м от внешнего края котлована была сооружена дамба для локализации разливов нефти высотой около 0,5 м.
Использовались три различных первичных ожога. Эти участки состояли из полного внутреннего лотка площадью 231 м2 и частичного лотка площадью 114 м2 и 37,2 м2