Обґрунтування експериментального методу визначення параметрів просочення рідини в сипучий матеріал

Автор(и)

  • Юрій Олексійович Абрамов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-7901-3768
  • Олексій Євгенович Басманов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6434-6575
  • Володимир Вікторович Олійник Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5193-1775
  • Ігор Михайлович Хмиров Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7958-463X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.262249

Ключові слова:

розлив рідини, параметри просочення, модель Грін-Ампт, коефіцієнт пористості, сипучий матеріал

Анотація

Об’єктом дослідження є процес просочення рідини в сипучий матеріал, зокрема, в ґрунт. Визначення параметрів просочення є актуальною проблемою, при оцінці наслідків аварійного розливу небезпечної рідини. Інфільтрація рідини в ґрунт призводить до забруднення водних ресурсів. Але найбільшу небезпеку являє займання розливу горючої рідини.

На основі моделі Грін-Ампт побудовано математичний опис просочення рідини в сипучий матеріал. Воно являє собою систему із двох звичайних диференціальних рівнянь першого порядку, одне з яких описує зменшення товщини шару рідини на поверхні, а інше – динаміку просочення рідини в глибину. Розв’язок системи отримано у вигляді залежності часу від глибини просочення.

Експериментальне дослідження проводилося на прикладі просочення сирої нафти в пісок. Для цього у вертикальний мірний скляний циліндр насипався пісок. Після цього наливалася рідина і проводилася відеофіксація процесу просочення. Шляхом обробки відеозапису визначалася глибина просочення і відповідний час. Результати дослідження показують, що залежність між товщиною шару рідини на поверхні піску і глибиною просочення має лінійний характер: відносне відхилення лінійної апроксимації від експериментальних даних не перевищує 3,5.

Шляхом розвинення в ряд Тейлора логарифмічної функції, що міститься в розв’язку системи диференціальних рівнянь, отримано поліноміальну залежність часу від глибини просочення. Для визначення коефіцієнтів полінома за експериментальними даними використано метод найменших квадратів. При цьому похибка апроксимації вже після першої хвилини після розливу не перевищує 10 %.

Запропонований метод може бути використаний для врахування просочення в моделі розтікання рідини на ґрунті та моделі горіння розливу горючої рідини

Біографії авторів

Юрій Олексійович Абрамов, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник

Науково-дослідний центр

Олексій Євгенович Басманов, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник

Науковий відділ з проблем цивільного захисту та техногенно-екологічної безпеки науково-дослідного центру

Володимир Вікторович Олійник, Національний університет цивільного захисту України

Кандидат технічних наук, доцент, начальник кафедри

Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій

Ігор Михайлович Хмиров, Національний університет цивільного захисту України

Доктор наук з державного управління, доцент, старший науковий співробітник

Науковий відділ з проблем цивільного захисту та техногенно-екологічної безпеки науково-дослідного центру

Посилання

  1. Raja, S., Tauseef, S. M., Abbasi, T., Abbasi, S. A. (2018). Risk of Fuel Spills and the Transient Models of Spill Area Forecasting. Journal of Failure Analysis and Prevention, 18 (2), 445–455. doi: https://doi.org/10.1007/s11668-018-0429-1
  2. Vasyukov, A., Loboichenko, V., Bushtec, S. (2016). Identification of bottled natural waters by using direct conductometry. Ecology, Environment and Conservation, 22 (3), 1171–1176. Available at: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/1633
  3. Loboichenko, V. M., Vasyukov, A. E., Tishakova, T. S. (2017). Investigations of Mineralization of Water Bodies on the Example of River Waters of Ukraine. Asian Journal of Water, Environment and Pollution, 14 (4), 37–41. doi: https://doi.org/10.3233/ajw-170035
  4. Kustov, M. V., Kalugin, V. D., Tutunik, V. V., Tarakhno, E. V. (2019). Physicochemical principles of the technology of modified pyrotechnic compositions to reduce the chemical pollution of the atmosphere. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 1, 92–99. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-122-1-92-99
  5. Popov, O., Iatsyshyn, A., Kovach, V., Artemchuk, V., Kameneva, I., Taraduda, D. et. al. (2020). Risk Assessment for the Population of Kyiv, Ukraine as a Result of Atmospheric Air Pollution. Journal of Health and Pollution, 10 (25), 200303. doi: https://doi.org/10.5696/2156-9614-10.25.200303
  6. Huang, W., Shuai, B., Zuo, B., Xu, Y., Antwi, E. (2019). A systematic railway dangerous goods transportation system risk analysis approach: The 24 model. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 61, 94–103. doi: https://doi.org/10.1016/j.jlp.2019.05.021
  7. Etkin, D. S., Horn, M., Wolford, A. (2017). CBR-Spill RISK: Model to Calculate Crude-by-Rail Probabilities and Spill Volumes. International Oil Spill Conference Proceedings, 2017 (1), 3189–3210. doi: https://doi.org/10.7901/2169-3358-2017.1.3189
  8. Zhao, X., Chen, C., Shi, C., Chen, J., Zhao, D. (2019). An extended model for predicting the temperature distribution of large area fire ascribed to multiple fuel source in tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, 85, 252–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.12.013
  9. Migalenko, K., Nuianzin, V., Zemlianskyi, A., Dominik, A., Pozdieiev, S. (2018). Development of the technique for restricting the propagation of fire in natural peat ecosystems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121727
  10. Kovalov, A., Otrosh, Y., Rybka, E., Kovalevska, T., Togobytska, V., Rolin, I. (2020). Treatment of Determination Method for Strength Characteristics of Reinforcing Steel by Using Thread Cutting Method after Temperature Influence. Materials Science Forum, 1006, 179–184. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1006.179
  11. Dadashov, I., Loboichenko, V., Kireev, A. (2018). Analysis of the ecological characteristics of environment friendly fire fighting chemicals used in extinguishing oil products. Pollution Research, 37 (1), 63–77. Available at: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/6849
  12. Pan, Y., Li, M., Luo, X., Wang, C., Luo, Q., Li, J. (2020). Analysis of heat transfer of spilling fire spread over steady flow of n-butanol fuel. International Communications in Heat and Mass Transfer, 116, 104685. doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2020.104685
  13. Zhao, J., Liu, Q., Huang, H., Yang, R., Zhang, H. (2017). Experiments investigating fuel spread behaviors for continuous spill fires on fireproof glass. Journal of Fire Sciences, 35 (1), 80–95. doi: https://doi.org/10.1177/0734904116683716
  14. Seo, J., Lee, J. S., Kim, H. Y., Yoon, S. S. (2015). Empirical model for the maximum spreading diameter of low-viscosity droplets on a dry wall. Experimental Thermal and Fluid Science, 61, 121–129. doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2014.10.019
  15. Abramov, Y. O., Basmanov, O. Y., Krivtsova, V. I., Salamov, J. (2019). Modeling of spilling and extinguishing of burning fuel on horizontal surface. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/16
  16. Raja, S., Abbasi, T., Tauseef, S. M., Abbasi, S. A. (2019). Equilibrium models for predicting areas covered by accidentally spilled liquid fuels and an assessment of their efficacy. Process Safety and Environmental Protection, 130, 153–162. doi: https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.08.009
  17. Meel, A., Khajehnajafi, S. (2012). A comparative analysis of two approaches for pool evaporation modeling: Shrinking versus nonshrinking pool area. Process Safety Progress, 31 (3), 304–314. doi: https://doi.org/10.1002/prs.11502
  18. Tokunaga, T. K. (2020). Simplified Green‐Ampt Model, Imbibition‐Based Estimates of Permeability, and Implications for Leak‐off in Hydraulic Fracturing. Water Resources Research, 56 (4). doi: https://doi.org/10.1029/2019wr026919
  19. Abramov, Y. A., Basmanov, O. E., Salamov, J., Mikhayluk, A. A. (2018). Model of thermal effect of fire within a dike on the oil tank. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2, 95–101. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-2/12
  20. Otrosh, Y., Semkiv, O., Rybka, E., Kovalov, A. (2019). About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708 (1), 012065. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012065

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-08-30

Як цитувати

Абрамов, Ю. О., Басманов, О. Є., Олійник, В. В., & Хмиров, І. М. (2022). Обґрунтування експериментального методу визначення параметрів просочення рідини в сипучий матеріал. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (118), 24–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.262249

Номер

Том 4 № 10 (118) (2022): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Yuriy Abramov, Oleksii Basmanov, Volodymyr Oliinik, Ihor Khmyrov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.