Температура поверхностного слоя ЛВЖ в РВС, расположенном рядом с горящим РВС

В основу формирования нагретого поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром положена следующая модель.

Тепловой поток от факела пламени приводит к интенсивному нагреву боковой поверхности соседнего резервуара, расположенного рядом с горящим. В пристенном пограничном слое появляются подъемные силы (рис. 5.4), которые заставляют слой более нагретой ЛВЖ подниматься вдоль корпуса резервуара и растекаться по поверхности основной массы ЛВЖ. Это существенно влияет на температуру поверхностного слоя ЛВЖ.

Одновременно к этому всплывшему слою ЛВЖ передается тепло от стенок, ограничивающих газовое пространство резервуара, от крыши и парового пространства. В процессе теплообмена поверхностный слой ЛВЖ отдает часть тепла на испарение жидкости, а также нижележащим слоям путем теплопроводности. Часть тепла в этом сложном теплообмене отдается в окружающий воздух, а также основной массе ЛВЖ путем частичного смешивания при всплывании.

Рис. 5.4. Схема гидродинамических и тепловых потоков,

формирующих нагретый поверхностный слой:

Q₁ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ; Q₂ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство резервуара; Q₃ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с крышей резервуара; Q₄ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с паровоздушной средой газового пространства резервуара; Q₅ - количество тепла, затрачиваемого на изменение внутренней энергии (повышение температуры) поверхностного слоя ЛВЖ; Q₆ - количество тепла, теряемого на испарение ЛВЖ; Q₇ - количество тепла, передаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ к нижележащим слоям ЛВЖ посредством теплопроводности; Q₈ - количество тепла, отдаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ основной массе ЛВЖ путем частичного смешивания; Q₉ - количество тепла, отдаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ в окружающий воздух

Количество тепла, подводимого к поверхностному слою ЛВЖ. 1) Количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ пограничным всплывающим тепловым слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ, определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, контактирующей с ЛВЖ (рис. 5.5):

; (5.13)

Рис. 5.5.

Расчетная схема

h_р - высота РВС; h_ж - уровень взлива ЛВЖ; d_р - диаметр РВС; l_р - расстояние между РВС; h_ф - высота факела; y₂ - расчетное расстояние между пламенем и облучаемой площадкой с учетом фактора видимости; х₂ - расчетная ширина c учетом фактора видимости

o вспомогательные величины, необходимые для расчета коэффициента облученности, определяют по формулам

; (5.14)

; (5.15)

^o площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей жидкость,

f₁ = x₂ h_ж ; (5.16)

o количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ вдоль нагретой стенки пограничным всплывающим тепловым слоем, в единицу времени, Вт

Q₁ = 0,86 q_ф j₁ f₁ . (5.17)

2) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство, определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, ограничивающей газовое пространство резервуара (см. рис. 5.5),

; (5.18)

o площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей газовое пространство,

f₂ = x₂ (h_р - h_ж); (5.19)

o количество тепла, получаемое поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, в единицу времени, Вт

Q₂ = 0,47 q_ф j₂ f₂ . (5.20)

3) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени определяют в следующей последовательности:

o коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой крыши резервуара (см. рис. 5.5)

; (5.21)

o вспомогательные величины В₂ и С₂ рассчитывают по формулам

; (5.22)

; (5.23)

o площадь крыши резервуара принимают равной площади поверхности зеркала испарения ЛВЖ, м²,

; (5.24)

o количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теп­лообмена с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени, Вт

Q₃ = 0,28 q_ф j₃ f₃ . (5.25)

Температура поверхностного слоя ЛВЖ

Температуру поверхностного слоя ЛВЖ, ^оС, через t, с, облучения определяют по формуле

, (5.26)

где c_п - теплоемкость паровоздушной смеси, Дж×кг-1×К-1. При отсутствии справочных данных допускается принимать с_п = 1010 Дж×кг-1×К-1;

r_п - плотность паровоздушной смеси, кг×м ^-3. При отсутствии справочных данных допускается принимать r_п = 1,21 кг×м ^-3;

c_ж - теплоемкость ЛВЖ, Дж×кг^-1×К^-1. При отсутствии справочных данных допускается принимать с_ж = 2000 Дж×кг^-1×К^-1;

r_ж - плотность ЛВЖ, кг×м ^–3 ;

t_ж – температура основной массы ЛВЖ в резервуаре, ^оС;

h_р – высота резервуара, м;

h_ж – уровень взлива ЛВЖ в резервуаре, м.

По результатам экспериментальных исследований, выполненных в Академии ГПС МЧС России, среднее значение приведенного коэффициента теплоотдачи a_пр составило 33,6 Вт×м×^-2×К^-1, а характерная толщина теплового поверхностного слоя d_ж = 0,053 м.