Особенности разработки и ограничения применения

Стр 1 из 19Следующая ⇒

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Введение. 5

1.1 О программе ALOHA.. 5

1.2 Особенности разработки и ограничения применения. 6

2 Токсикологические данные. 7

2.1 Воспламеняемость. 8

2.2 Физические свойства. 9

2.3 Предупреждения. 13

2.4 Географические данные. 13

3 Модели прочности источника. 15

3.1 Справочная информация. 15

3.2 Вариант прямого источника. 16

3.3 Источник – лужа. 16

3.3.1 Испарение из некипящей лужи. 17

3.3.2 Испарение из кипящей лужи. 21

3.3.3 Энергетическое равновесие в луже. 21

3.3.3.1 Солнечное излучение, . 22

3.3.3.2 Длинноволнового излучения, и .. 23

3.3.3.3 Теплообмен с поверхностью, .. 24

3.3.3.3.1 Разливы на воды.. 25

3.3.3.3.2 Разливы на суше. 25

3.3.3.4 испарений теплового потока. 27

3.3.3.5 Разумный тепловой поток. 27

3.4 Химические вещества выпущенные из цистерны.. 27

3.4.1 Внутренняя температура резервуара. 28

3.4.2 Внутренне давление в цистерне. 29

3.4.3 Фаза истечения из цистерны.. 29

3.4.4 Выпуск жидкости ниже точки кипения. 32

3.4.4.2 Распространение лужи. 32

3.4.4.3 Лужа температуры.. 33

3.4.5 Высвобождение 2-фазной смеси или жидкости, превышающей ее температуру кипения 34

3.4.6 Газовый выпуск через отверстие или короткую трубу. 36

3.5 Газопровод. 38

3.5.1 Общие замечания. 38

3.5.2 Теория. 38

3.5.3 расчетные заметки. 42

4 Модели рассеивания воздуха. 43

4.1 Введение. 43

4.2 Методы для характеристики областей ветра и турбулентности. 44

4.2.1 Ручной ввод данных атмосферных условий. 45

4.2.2 Автоматически ввод данных ветра с помощью SAM... 47

4.2.3 Профиль ветра. 49

4.3 Модель Гаусса для нейтральных- плавучих газов. 51

4.3.1 Определение параметров дисперсии. 53

4.4 Модель тяжелого газа для плотных газов. 55

4.4.1 Критерии использования модели тяжелого газа. 57

4.4.2 Концептуальная модель. 59

4.4.3 Вторичный источник в ALOHA.. 60

4.4.4 Стабильно стратифицированные скорости течения и пассивные диффузионные этапы 62

4.5 Зона угрозы.. 68

4.5.1 Оценка максимальной концентрации. 68

4.5.2 Чертеж зоны угрозы.. 69

4.5.3 Контуры доверия. 69

4.6 Концентрация воздуха в помещении. 70

5 Модели для расчета воздействия ударной волны от взрывов облака пара. 72

5.1 Введение. 72

5.2 Метод. 73

6 Модели теплового излучения и пожароопасных зон. 77

6.1 Введение. 78

6.2 Уровни опасности для теплового излучения. 79

6.3 БЛИВ – Огненный шар. 80

6.3.1 Излучаемость. 81

6.3.2 Фактор представления. 82

6.3.3 Пропускаемость. 83

6.3.4 Продолжительность. 84

6.4 Струевые пожары.. 84

6.4.1 Излучаемость. 86

6.4.2 Факторы представления. 87

6.5 Пожар-пролива. 92

6.5.1 Излучаемость. 92

6.5.2 Факторы представления. 93

6.5.3 Динамика пролива. 95

6.6 Пожар-вспышка и пожароопасные области. 97

Библиографический список. 99

Введение

О программе ALOHA

ALOHA это автономная программа, разработанная для операционных систем Windows и Macintosh. ALOHA разработана и поддерживается Отделом Реагирования на Чрезвычайные ситуации (ERD), подразделение, входящее в состав Национального управления океанами и атмосферой (NOAA) в сотрудничестве с Управлением по чрезвычайным ситуациям в сфере охраны окружающей среды. Его основная цель заключается в предоставлении персоналу аварийно-спасательных служб оценки пространственного масштаба некоторых общих опасностей, связанных с химическими разливами. Команда разработчиков ALOHA также признает, что ALOHA может быть подходящим инструментом для обучения и планирования на случай непредвиденных обстоятельств, но пользователи должны быть осведомлены о своей основной цели при реагировании на разливы. ALOHA предоставляет оценки пространственной протяженности некоторых опасностей, связанных с кратковременным случайным выбросом летучих и легковоспламеняющихся химических веществ. ALOHA конкретно касается опасностей для здоровья человека, связанных с вдыханием токсичных химических паров, тепловым излучением от химических пожаров и воздействием волны давления от взрывов паровых облаков.

Поскольку ALOHA ограничивается химическими веществами, которые попадают в воздух, она включает модели для оценки скорости, с которой химикат высвобождается из сосуда и испаряется. Эти модели «источника силы» могут быть критичными компонентами в процессе оценки опасностей. ALOHA связывает модели силы источника с дисперсионной моделью для оценки пространственной протяженности токсичных облаков, легковоспламеняющихся паров и взрывоопасных облаков пара. Однако ALOHA не моделирует все сочетания силы источника, сценария и категории опасности для сценариев горения. Пользователь должен выбрать конкретную комбинацию из ограниченного выбора. Таблица 1.1 показывает комбинацию моделей силы источника, сценариев и категорий опасности, рассматриваемых в ALOHA.

ALOHA использует графический интерфейс для ввода данных и отображения результатов. Область, в которой существует возможность воздействия токсичных паров, воспламеняющаяся атмосфера, избыточное давление от взрыва паров облака или тепловое излучение от пожара, представлены графически как зоны угрозы. Зоны угрозы представляют собой область, в которой уровень воздействия на уровне земли превышает заданный пользователем уровень воздействия в течение некоторого времени после начала разлива. Все точки в зоне угрозы испытывают временную экспозицию, превышающую уровень воздействия в течение некоторого времени после разлива; это представляет запись прогнозируемого пикового воздействия с течением времени. В некоторых сценариях пользователь может также просматривать временную зависимость экспозиции в определенных точках.

Таблица 1.1 – Категории опасности, моделируемые в ALOHA

Сценарий/Источник	Прямой источник	Резервуар	Разлив	Газопровод
Паровое облако	Токсические облака	Токсические облака	Токсические облака	Токсические облака
Паровое облако (вспышка)	Возгораемая территория	Возгораемая территория	Возгораемая территория	Возгораемая территория
Паровое облако (взрыв)	Избыточное давление	Избыточное давление	Избыточное давление	Избыточное давление
Пожар пролива	НД	Термическое воздействие	Термическое воздействие	НД
Эффект BLEVE (огненный шар)	НД	Термическое воздействие	НД	НД
Струевое горение	НД	Термическое воздействие	НД	Термическое воздействие

Особенности разработки и ограничения применения

Для использования ALOHA как инструмента для аварийного реагирования приоритет отдается следующим проектным критериям (особенностям):

- ALOHA была разработана для оценки зон угроз с использованием информации, которая обычно доступна для респондентов во время чрезвычайной ситуации. Пользователь должен предоставить данные о местных атмосферных условиях, идентификацию химического вещества и подробные данные о сценарии разлива. Чтобы минимизировать требования к входным данным, в ALOHA включена обширная база данных о химических свойствах и географических данных.

- ALOHA разработана с целью обеспечения близкой верхней границы расстояния до угрозы, связанной с химическими разливами. Везде, где неопределенность неизбежна, ALOHA будет делать выбор в пользу переоценки, а не недооценки расстояний угроз. В некоторых случаях ALOHA будет значительно переоценивать зоны угроз.

- ALOHA была разработана простой в использовании, чтобы респонденты могли использовать ее во время разлива. Пользовательский интерфейс ALOHA разработан для минимизации ошибки оператора. Навигация по экранам ввода модели спроектирована так, чтобы быть интуитивной, понятной и быстрой. Пользовательские данные проверяются на согласованность и разумность. Результаты представляются графически.

- ALOHA предлагает методы оценки степени высвобождения и испарения химических веществ для многих распространенных сценариев аварий.

- ALOHA работает быстро на небольших компьютерах (ПК или Macintosh), которые легко переносятся и доступны для большинства пользователей.

- ALOHA предназначена для прогнозирования опасностей, связанных с разливами такого масштаба, который характерен для транспортных аварий. Типичные масштабы зон угрозы находятся в диапазоне от 100 м до 100 км, с продолжительностью до одного часа.

- ALOHA имеет ограничения, которые не позволяют учитывать эффекты, связанные с рельефом и зданиями. ALOHA использует поле ветра, которое не меняется со временем или горизонтальным положением, но зависит от высоты. Программа не может учитывать эффекты рулевого управления ветра в зависимости от особенностей местности или зданий. ALOHA применим к случаям, когда скорость ветра больше 1 метра в секунду (на высоте 10 метров); ALOHA не должна использоваться при очень низких скоростях ветра или в спокойных условиях.

Токсикологические данные

ALOHA включает в себя файлы данных с физическими, химическими и токсикологическими свойствами для сотен чистых химических веществ и некоторые общие химические растворы. В файлы химических данных входят химические вещества, которые могут быть задействованы в аварийных выбросах и могут создавать токсичные опасные воздействия на воздух или представлять угрозу пожара или взрыва. Химические вещества, включенные в библиотеку ALOHA, являются подмножеством тех, которые содержатся в CAMEO CHEMICALS, базе данных опасных химических веществ, составляемой и поддерживаемой Отделом реагирования на чрезвычайные ситуации NOAA и Управлением по чрезвычайным ситуациям в EPA.

ALOHA использует «уровни обеспокоенности» (LOC) для устранения воздействия токсичных воздушных шлейфов, пожаров и взрывов на людей. Для опасностей, связанных с ингаляцией, LOCs ALOHA представляют собой концентрации аэрозольных химикатов, связанных с неблагоприятными последствиями для здоровья. Поскольку ALOHA используется в основном для ситуаций, когда целью является оценка угрозы, создаваемой для широкой общественности химическим выбросом, то она включает в себя LOC, специально предназначенные для прогнозирования того, как широкая публика отреагирует на кратковременный выброс. В некоторых случаях определяются и предоставляются пользователям в качестве опции руководства, разработанные для безопасности работников.

LOCs для токсических опасностей при вдыхании являются определенными для каждого химиката. Пороги для ингаляционной токсичности опираются на данные CAMEO Chemicals. Уровни AEGL (Уровни острого воздействия), ERPG (Руководство по планированию реагирования на чрезвычайные ситуации), PAC (критерии защитных действий) и IDLH (непосредственная опасность для жизни и здоровья) хранятся в файлах данных, интегрированных в ALOHA.

AEGLs, ERPG и PAC, представляют собой многоуровневые руководящие принципы в случаях химических выбросов, воздействующих на большое количество людей, разработанные для случайных событий химического высвобождения. Несмотря на то, что все три руководства по воздействию разработаны различными организациями, они используют одинаковый подход при оценке воздействия химического воздействия при использовании уровней для описания возрастающей тяжести, связанной с увеличением концентрации. Кроме того, эти уровни воздействия дифференцируются по времени экспозиции. AEGL были разработаны для определенного диапазона времени воздействия; ALOHA включает только 60-минутные AEGL. ERPG определены для 60-минутных экспозиций.

Интервалы значений IDLH (Непосредственная опасность для жизни и здоровья) (Barsan, США. Департамент здоровья и сферы услуг, и Национальный институт безопасности и здоровья, 2010) включены в список LOC, доступных для пользователей. Они были разработаны прежде всего для принятия решений относительно использования респираторов. В 1980-х годах, до того, как стали доступны руководящие принципы в случаях поражения большого количества людей для большинства распространенных химических веществ, использовались интервалы значений IDLH. В отличие от трехуровневых руководящих принципов в случае поражения большого количества людей, для применяемых химических веществ определяется только одно значение IDLH.

Воспламеняемость

ALOHA содержит данные о химической воспламеняемости. Нижний предел воспламеняемости и верхний предел воспламеняемости включены в химическую библиотеку. Эти данные были получены из DIPPR (Американский институт инженеров-химиков).

Физические свойства

Химическое название, номер в системе CAS, молекулярная масса и токсикологические данные приведены для каждого химического вещества в файле данных. Это минимальные данные, необходимые для опции
Direct Source и модели дисперсии Гаусса в ALOHA.

Другие опции в ALOHA, такие как Моделирование Силы Источников, Моделирование Тяжелого газа, и моделирование для пожаров и взрывов, требуют более обширных наборов данных. Полные наборы данных доступны примерно для половины химических веществ в файле данных; требуемые дополнительные данные физических свойств были извлечены из сборника данных DIPPR, запатентованной базы данных, содержащей физические константы и формулы для зависимых от температуры свойств (Американский институт инженеров-химиков). Имеются данные для следующих свойств: критическая температура, критическое давление, критический объем, температура замерзания, нормальная точка кипения, давление паров, плотность жидкости, плотность газа, теплота испарения, теплота сгорания, теплоемкость жидкости и теплоемкость пара.

Данные, необходимые для моделирования испарения растворов, хранятся в отдельном файле данных. ALOHA позволяет пользователю моделировать ситуации в ограниченном диапазоне концентраций.
В большинстве случаев верхний предел определяется диапазоном концентраций, который обычно доступен для отгрузки с коммерческой точки зрения. Нижний предел был установлен таким образом, чтобы ожидаемый воздушный шлейф с подветренной стороны был ниже токсичных уровней; нижний предел часто представляет собой концентрацию азеотропной смеси. Парциальное давление, плотность жидкости, теплоемкость жидкости и теплота испарения являются функциями как температуры, так и концентрации. Данные табличного парциального давления для диапазона концентрации и температуры хранятся в файле данных; ALOHA интерполирует между точками данных с использованием линейной интерполяции в log(Давление) и (1/Температура). Формулы для плотности жидкости ( ), теплоемкости жидкости ( ) и теплоты испарения ( ) были получены путем подгонки табличных данных к полиномиальному уравнению вида

Растворы соляной кислоты с концентрациями от 20% до 42% по массе могут быть смоделированы в ALOHA. Таблицы давления паров были получены из справочника химиков-инженеров Перри, 6-е издание (Perry, Green and Maloney 1984). Коэффициенты для формул теплоемкости и плотности были основаны на полиномиальном методе наименьших квадратов, соответствующем данным, приведенным в 6-м издании Perry's Chemical Engineer's Handbook (Perry, Green and Maloney 1984). Коэффициенты для теплоты испарения были получены из данных о теплоте конденсации, содержащихся в Технической записке 270-1 NBS (Wagman and Rossini 1965) – Таблица 1.2.

Таблица 1.2 – Коэффициенты для полиномов, описывающих физические свойства соляной кислоты


Плотность	1152,8	-0,5	502,0	0
Теплоемкость	2470,8	4,0	-3390,8	0
Теплота испарения	2023600	0	-476800	-1776900

Растворы аммиака с концентрациями, меньшими или равными 30% по массе, могут быть смоделированы в ALOHA. Таблицы давления паров были получены из справочника химиков-инженеров Перри, 6-е издание (Perry, Green and Maloney 1984). Коэффициенты для формул теплоемкости и плотности были основаны на полиномиальном методе наименьших квадратов, соответствующем данным, приведенным в 6-м издании Perry's Chemical Engineer's Handbook (Perry, Green and Maloney 1984). Коэффициенты для теплоты испарения были получены из данных о теплоте конденсации, содержащихся в Технической записке 270-1 NBS (Wagman and Rossini 1965) – Таблица 1.3.

Таблица 1.3 – Коэффициенты для полиномов, описывающих физические свойства растворов аммиака


Плотность	1101,7	-0,4	-315,4	0
Теплоемкость	2625,8	5,3	-26,9	0
Теплота испарения	2003900	0	-241700	-715500

Растворы азотной кислоты с концентрациями от 69% до 100% по массе могут быть смоделированы в ALOHA. Таблицы давления паров были получены из справочника химиков-инженеров Перри, 6-е издание (Perry, Green and Maloney 1984). Коэффициенты для формул теплоемкости были основаны на многочлене, соответствующем данным, приведенным в 4-й редакции Кирк-Отмерской энциклопедии химической технологии (Kirk et al., 1991). Коэффициенты для формул плотности были основаны на полиномиальном методе наименьших квадратов, который соответствует данным, приведенным в 6-м издании «Perry's Chemical Engineer's Handbook» (Perry, Green and Maloney, 1984). Коэффициенты для теплоты испарения были получены из данных о теплоте конденсации, содержащихся в Технической записке 270-1 NBS (Wagman and Rossini 1965) – Таблица 1.4.

Таблица 1.4 – Коэффициенты для полиномов, описывающих физические свойства азотной кислоты


Плотность	1672	-1,7	331,2	0
Теплоемкость	4016	0	-2260	0
Теплота испарения	1181100	0	-41300	-520200

Растворы фтористоводородной кислоты с концентрациями от 37% до 70% по массе могут быть смоделированы в ALOHA. Хотя решения с концентрациями, превышающими 70%, коммерчески доступны, ALOHA не моделирует их из-за сложности химии. Таблицы давления паров были получены из энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера, 3-е издание (Kirk et al., 1978). Коэффициенты для формул теплоемкости были основаны на линейном подходе к данным в Кирк-Отмерской энциклопедии химической технологии, 4-е издание (Kirk et al., 1991). Коэффициенты для формул плотности были основаны на полиномиальном методе наименьших квадратов, который соответствует данным, приведенным в 6-м издании «Perry's Chemical Engineer's Handbook» (Perry, Green and Maloney, 1984). Коэффициенты для теплоты испарения были получены из данных о теплоте конденсации, содержащихся в Технической записке 270-1 NBS (Wagman and Rossini 1965) – Таблица 1.5.

Таблица 1.5 – Коэффициенты для полиномов, описывающих физические свойства фтористоводородной кислоты


Плотность	477,5	1,67	609,3	-296,0
Теплоемкость	4148	0	-1942,6	0
Теплота испарения	2424600	0	-324200	0

Олеум представляет собой смесь триоксида серы и безводной серной кислоты. Смеси с концентрациями свободного триоксида серы от 4 до 65 вес.% можно смоделировать в ALOHA.

Коэффициенты для формулы плотности были основаны на трех значениях: 20%, 25% и 30%, как указано в руководстве Enviro TIPS (Служба охраны окружающей среды, 1984 год) и графике в Энциклопедии промышленной химии Ульмана (Ullmann 2000), которая показала зависимость от температуры. Коэффициенты для формулы теплоемкости были основаны на графике в 4-й редакции Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (Kirk et al., 1991). Теплота испарения является средней величиной значений, представленных Брандом и Резерфордом (Brand and Rutherford 1952); по-видимому, нет никакой заметной зависимости от концентрации. Давление паров до 34% можно найти в Brand и Rutherford, и они дополняются измерениями Schrage (Schrage 1991) – Таблица 1.6.

Таблица 1.6 – Коэффициенты для полиномов, описывающих физические свойства олеума


Плотность	2162	-1,1	360	0
Теплоемкость	1333	0	485,7	0
Теплота испарения	712756	0	0	0

Предупреждения

В дополнение к данным, необходимым для моделирования проливов и подветренной дисперсии, ALOHA также включает данные, используемые для отображения предупреждений во время работы модели. Один из вариантов в ALOHA позволяет пользователю моделировать выбросы на воде. Поскольку у ALOHA нет методов моделирования растворимых химических разливов на воде, пользователю дается предупреждение о том, что химическое вещество растворимо. Информация о том, какие химические вещества в ALOHA имеют растворимость, превышающую 50 , основана на данных, полученных из базы данных CHEMWATCH (Chemwatch).

Некоторые химические вещества достаточно реакционноспособны, и поэтому они подвергаются химическим реакциям при контакте с воздухом или влагой. Команда разработчиков ALOHA изучила каждое химическое вещество в ALOHA, чтобы определить, какие из них, скорее всего, отреагируют достаточно заметно, чтобы оказать значительное влияние на точность дисперсионных моделей. Информация об этих реактивных химических веществах включена в файл данных.

Географические данные

ALOHA включает в себя широты, долготы, высоты и данные часовых поясов для многих городов США. Эти данные используются для расчета солнечной радиации и местного атмосферного давления.

Модели прочности источника

Справочная информация

Скорость, с которой химическое вещество испаряется, имеет решающее значение для размера и продолжительности токсичного или воспламеняющихся облаков. ALOHA использует различные модели для оценки темпов, при которых химическое вещество освобождается от заключения и попадает в атмосферу; они называются моделями прочности источника. ALOHA может предсказать исходную силу для четырех общих классов химических релизов или источников:

- Прямая. Мгновенное или непрерывное высвобождение химических паров в воздух из одной точки. Это единственный вариант, допускающий освобождение с повышенными правами.

- Пролив (лужа). Лужа постоянной площади, содержащая либо некипящую, либо кипящую жидкость.

- Цистерна. Цилиндрическая или сферическая цистерна на уровне грунта с одним отверстием или клапаном с утечкой. Цистерна может содержать жидкость, газ под давлением или газ, сжиженный при давлении. Содержимое резервуара может выходить непосредственно в атмосферу или в первую очередь образовывать лужу с испарением.

- Газопровод. Труба под давлением, содержащая газ, либо подключенная к очень большому резервуару, либо не подключенная к какому-либо хранилищу.

ALOHA ограничивает длительность любого источника до одного часа, а самая короткая исходная длительность, допускаемая в ALOHA, — одна минута (это будет термином мгновенное освобождение в ALOHA). В большинстве случаев сила источника меняется постоянно на протяжении выпуска. ALOHA приблизительно соответствует постоянно меняющимся релизам с серией очень коротких стабильных состояний. Для моделирования различающихся во времени выпусков используются до 150 временных шагов. Эти временные шаги сокращаются до пяти или меньше более стабильных временных шагов, которые связаны с моделями дисперсии.

Рисунок 1 - Пример схемы усреднения временного шага. ALOHA первоначально оценивала исходную силу для этого выпуска в серии 100 временных шагов; они были усреднены до четырех временных шагов для использования при прогнозировании дисперсии.

Вариант прямого источника

Прямой источник позволяет пользователю непосредственно указать количество химических паров, введенных в воздух из точки в пространстве. Пользователь может указать мгновенное освобождение или неизменное состояние ограниченной продолжительности. Этот параметр можно использовать с газами, которые являются более плотными, чем воздух и подвержены воздействию гравитации, или газы, которые ведут себя как нейтральные. ALOHA допускает высвобождение выше уровня грунта для газов, которые ведут себя как нейтральные.

Источник – лужа

С помощью параметра "лужа" пользователи могут моделировать испарение летучих химикатов из лужи фиксированной зоны. Можно смоделировать ограниченное число смесей, содержащих токсичное химическое вещество, смешанное с водой или нелетучим растворителем. В этих случаях смоделировано испарение и транспортировка только токсичного компонента. ALOHA использует один из двух методов для нахождения коэффициента испарения в зависимости от того, достаточно ли близка температура лужи к точке кипения. Формулировка Брайтона (Брайтон-1985) используется, когда средняя температура в луже в достаточной степени ниже температуры кипения, а метод энергетического баланса используется, когда лужа приближается к точке кипения.

Скорость испарения некипящей лужи, главным образом, определяется скоростью ветра, площадью лужи и давлением химических паров, или парциальным давлением в случаях, связанных со смесями. ALOHA учитывает изменения температуры и состава, в случаях, связанных с смесями. Температура держится на точке кипения для кипящей лужи, и скорость испарения определяется энергетическим балансом. Ожидается, что турбулентная диффузия должна быть основным механизмом транспортировки испаренного материала от лужи. Предполагается, что температура и состав будут пространственно единым для всей лужи. Поскольку испарение удаляет материал, предполагается, что лужа становится более тонкой, но ее радиус считается постоянным. ALOHA содержит разливы летучих химических веществ на различных твердых поверхностях и водоемах. ALOHA предполагает, что пролитая жидкость не проникает в почву, сточные воды, или растворяется в воде.

Методы, используемые для расчета коэффициентов испарения из лужи фиксированной зоны, также используются с параметром цистерны для оценки коэффициентов испарения из-за расширяющейся лужи от утечки жидкости из цистерны. Изменения, направленные на распространение лужи, описаны в разделе 3.4.

Испарение из некипящей лужи

Когда средняя температура в луже не достигает температуры кипения, ALOHA использует модель в Брайтоне (Брайтон 1985) для прогнозирования скорости испарения. Модель предполагает, что слой воздуха, контактирующий с поверхностью лужи, удерживает пары, находящиеся в равновесии с жидкостью в луже. По мере того как турбулентный воздушный поток проходит по поверхности бассейна, молекулы пара пассивно диффундируют из верхней части этого слоя пара и сообщаются с подветренной стороны.

Брайтон сформулировал выражение для массового потока испарения, Ex,t, с точки зрения скорости трения воздуха, , концентрации химической насыщенности на фазе испарения, , и бесразмерного коэффициента переноса массы, j x:

Коэффициент переноса массы пространственно зависит от положения вдоль оси, направленной параллельно направлению ветра. Путем интеграции коэффициента переноса массы в измерение "лужа", a пространственно-усредненный коэффициент переноса массы, j, используется

По мере того, как давление паров в луже, , приближается к атмосферному давлению, , ПА, испарения отменяют граничный слой и влияют на бурное распространение над лужей. К коэффициенту переноса массы для учета этого поведения применяется коррекция для высокоизменчивых жидкостей:

Общий объем испарения основывается на скорректированном, пространственно-среднем коэффициенте переноса массы, , :

ALOHA оценивает скорость трения, , используя формулировку Дикона (Дикон 1973) для нейтральных условий в океане, описанных как

где U - указанная пользователем скорость ветра по высоте, z

(диаметр однородной круглой лужи, DP, используется в качестве размера лужи вдоль ветровой оси.)

ALOHA использует степенной профиль скорости ветра для аппроксимации профиля скорости ветра над поверхностью бассейна. Значения степенного показателя n представлены в таблице 7 для шести классов стабильности Паскаля (Хевен и Спенсер 1985).

Таблица 7. Значения экспоненты степени для шести классов стабильности Паскаля

Класс прочности	n
A	0.108
B	0.112
C	0.120
D	0.142
E	0.203
F	0.253

Средний коэффициент переноса массы выражается в виде безразмерных переменных, как

Безразмерное расстояние вычисляется на подветренной стороне края лужи, как

где k – константа Вон Кармана = 0,4 и

, — длина шероховатости поверхности.

Брутсаэрт (Брутсаэрт 1982) описывает Λ, как меру соотношения между скалярной длиной лужи и длиной неровностей рельефа, как

где ,Эйлера постоянная (принято быть 0.577) и , является турбулентного Шмидт номер набора равный 0,85 меркам Факрелл и Робинс (Факрелл и Робинс 1982).

Форма ƒ (Sc) зависит от числа Рейнольдса шероховатости и использует

где шероховатость Рейнольдса, , определяется соотношением скорости трения ветра, , длиной шероховатости поверхности, , и кинематической вязкостью воздуха, ν:

При расчете 0,13≤ ≤2, ALOHA оценивает ƒ(Sc) по прямой линии интерполяции между максимальным и минимальным значениями числа Рейнольдса.

Число пластичности Шмидта, Sc, является соотношением вязкости молекулярной кинематики воздуха к молекулярному диффусивити загрязняющих газов в воздухе:

Было измерено молекулярное диффусивитиес всего лишь нескольких химикатов. Если пользователь не ввел в химическую библиотеку значение, ALOHA использует закон Грэма для оценки молекулярного коэффициента диффузии, как показано на

где — молекулярный вес воды,

— молекулярный вес химического вещества, и

— молекулярный коэффициент диффузии водяного пара в воздухе, равный 2,39 x 1

Обработка испарением из растворов проводится по тому же самому методу, но растворенное вещество и растворитель обрабатываются независимо друг от друга с использованием соответствующих физических свойств каждого из них. При вычислении безразмерного коэффициента массопередачи используется одно упрощение; Ламинарное число Шмидта основано на средневзвешенной молекулярной массе, и один коэффициент массопередачи используется как для растворенного вещества, так и для растворителя.

Испарение из кипящей лужи

ALOHA ограничивает верхнюю границу температуры лужи до ее температуры кипения. Некипящие лужи могут поглощать достаточную тепловую энергию из своего окружения, чтобы кипеть, но крайне редко лужа превышает температуру кипения. Пользователи могут также установить начальную температуру лужи, но не выше ее температуры кипения окружающей среды. В тех случаях, когда расчетная температура лужи приближается к кипению, или, точнее, превышает верхний предел для модели некипящей лужи в Брайтоне, ALOHA переходит в модель кипящей лужи. Модель основана на предположении о установившейся температуре, зафиксированной в точке кипения. Скорость испарения и соответствующее испарительное охлаждение кипящей лужи устанавливают равной величине, которая уравновешивает потоки тепловой энергии, тем самым поддерживая постоянную температуру лужи при ее температуре кипения.

ALOHA допускает переход от кипения к не кипению или обратно. ALOHA постоянно сравнивает коэффициент испарения, рассчитанный с моделью кипения, с частотой испарения, рассчитанной с помощью модели Брайтона, при температуре. ALOHA выбирает метод, который дает больший коэффициент испарения.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 128; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!