XI. Горение двух струй газа

При разрыве подземного газопровода может реализоваться горение двух свободных высокоскоростных струй газа (настильных, т.е. с углом наклона оси факела к горизонту не более 8°-10°, или наклонных, т.е. с углом наклона к горизонту более 8°-10°), истекающих из двух концов (плетей) разрушенного трубопровода, вырванных их грунта (как правило, из "слабонесущего" грунта с низкой вязкостью) на поверхность земли [17].

В данном случае пламя пожара моделируется в виде усеченного конуса, наклонного или горизонтального. Для критических условий (М = 1 - число Маха) аварийного истечения газа из одного из концов разрушенного участка газопровода (в аварийном выходном сечении участка трубопровода) (индекс "Е") устанавливаются следующие газодинамические параметры потока (скорость, плотность и давление):

;                                              (П4.83)

;                                               (П4.84)

,                                      (П4.85)

где u_E - скорость газа в аварийном сечении трубопровода, м/с;

P_E - давление в аварийном сечении трубопровода, Па;

r_E - плотность в аварийном сечении трубопровода, кг/м³;

а_E - местная скорость звука, м/с;

f_E = (p )/4 - площадь поперечного сечения трубы, м²;

G_i - массовый расход газа для соответствующей струи (i = 1 - первая, i = 2 - вторая), кг/с.

Для правомерности использования формул (П4.83)-(П4.85) необходимо проверить выполнение условия Р_E ³ Р_a, где Р_a - атмосферное давление, Па. Если данное условие не выполняется, то истечение газа происходит в дозвуковом режиме, размеры зоны загазованности небольшие и ими можно пренебречь по сравнению с размерами зон, наблюдающимися при звуковом истечении.

После выходного сечения на определенном участке (в пределах нескольких диаметров трубы) при превышении статическим давлением на срезе трубы атмосферного давления происходит изоэнтропическое расширение газа с разгоном потока до сверхзвуковых скоростей (М > 1) и формированием системы скачков уплотнения (без изменения расходных характеристик в образующемся струйном течении). Для данного участка течения характерна существенная неравномерность потока. При этом за счет действия скачков уплотнения происходит потеря полного давления. В конце данного участка давление в поперечной плоскости течения выравнивается и становится равным атмосферному. Данное сечение в газовой динамике получило название "изобарическое сечение нерасчетной струи" или "ударная плоскость".

В ударной плоскости (индекс s) значение газодинамического параметра скорости - числа l_s определяется как

.                                                  (П4.86)

Значения температуры, числа Маха, плотности и диаметра эквивалентного сечения струи в ударной плоскости приведены ниже;

;                                            (П4.87)

;                                                 (П4.88)

;                                                   (П4.89)

.                                             (П4.90)

Общая длина струи определяется по формуле (П4.73) с учетом заданной интенсивности истечения G_i.

Отрыв факела пламени от среза разорванной трубы (отверстия) h, м, определяется по формуле

.                                                (П4.91)

Длина видимой части пламени (высота усеченного конуса) R_L, м, определяется по формуле

.                                                (П4.92)

Ширина малого основания усеченного конуса W₁, м, определяется по формуле

,                                     (П4.93)

где r_в - плотность воздуха при Р_а и 293 К, кг/м³;

r_г - плотность газа в стандартных условиях, кг/м³.

Ширина большого основания усеченного конуса W₂, м, определяется по формуле

W₂ = 0,26 .                                                (П4.94)

Общая длина настильной струи (т.е. горизонтальной струи с источником выброса на уровне земли) рассчитывается по формуле

 = 1,2 .                                               (П4.95)

Угловой коэффициент облученности для данного вида горения рассчитывается по формулам (П4.76)-(П4.82), принимая во внимание, что d = , м, и Н = , м.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5