Purpose. The main purpose of the article is calculation of spatial distribution fields of the conditional probability of lethal damage to the railway station personnel, caused by the inhalation of toxic gas, which is dissipated in the surface layer of the atmosphere under the conditions of a given wind situation, for a numerical assessment of the safety level of the technogenic object. Methodology. The authors developed a three-dimensional mathematical model of the evaporation processes of toxic chemical substance from the surface of the spillage stain as a result of emergency destruction of the storage or transportation capacity of liquefied gas and further dispersion of the gaseous admixture in the ground layer of the atmosphere, taking into account the cluttering of space by buildings. Also it was developed a calculation technology for determining the conditional probability of human injury by toxic gas on the basis of probit-analysis of the impact degree of damaging factor (inhalation toxodose) on human body. To automate the calculation process, the tabular dependence «probit-function-injury probability» is replaced by a generalized piecewise cubic spline. Findings. Based on the developed model we obtained the results of calculations of the space-time fields of the conditional probability of lethal injury to the railway station personnel who underwent inhalation exposure of a cloud of hydrogen cyanide gas. We also determined that the presence of buildings on the way of the toxic cloud dispersion increases the concentration area and the time of cloud passage along the calculated area, which, accordingly, increases the exposure time of station personnel to harmful impact. Originality. The developed mathematical model takes into account: the flow compressibility, the complex terrain (cluttering of the calculation space by the buildings of technogenic object), the three-dimensional nature of dispersion process of the gaseous admixture, the evaporation of a toxic substance with a variable intensity depending on the wind conditions, physical characteristics of admixture and the roughness grade of atmosphere surface layer. The mathematical model makes it possible to obtain spatio-time distributions of a dangerous parameter – the relative mass concentration of toxic gas and the damaging factor – inhalation toxodose, which are necessary to determine the nonstationary three-dimensional fields of the conditional probability of injury to the technogenic object personnel on the basis of the probit-analysis apparatus. Practical value. The developed calculation technology allows the expert at the decision-making stage to perform automated numerical analysis and forecast in time and space of the conditional probability of lethal injury to service personnel exposed to the inhalation effect of toxic gas as an integral part of the safety index of a technogenic object - individual risk.
Цель. Основной целью работы является расчет пространственных полей распределения условной вероятности летального поражения обслуживающего персонала железнодорожной станции, вызванного ингаляцией токсичного газа, который рассеивается в приземном слое атмосферы в условиях заданной ветровой обстановки, для численной оценки уровня безопасности техногенного объекта. Методика. Разработана трехмерная математическая модель процессов испарения токсичного химического вещества с поверхности пятна пролива в результате аварийного разрушения емкости хранения или транспортировки сжиженного газа и дальнейшего рассеивания газовой примеси в приземном слое атмосферы с учетом загромождения пространства зданиями. Также разработана вычислительная технология определения условной вероятности поражения человека токсичным газом на основе пробит-анализа степени воздействия поражающего фактора (ингаляционной токсодозы) на организм человека. Для автоматизации вычислительного процесса табличная зависимость «пробит-функция–вероятность поражения» заменена обобщенным кусочно-кубическим сплайном. Результаты. На основании разработанных моделей получены результаты расчетов пространственно-временных полей условной вероятности смертельного поражения персонала железнодорожной станции, который подвергся ингаляционному воздействию облака газообразного цианистого водорода. Определено, что наличие зданий на пути рассеивания токсичного облака увеличивает площадь концентрации и время прохождения облака по расчетной области, что, соответственно, увеличивает время экспозиции обслуживающего персонала вредному воздействию. Научная новизна. В разработанной математической модели учитываются: сжимаемость потока, сложный рельеф местности (загромождение расчетного пространства зданиями техногенного объекта), трехмерный характер процесса рассеяния газообразной примеси, наличие испарения с пятна пролива токсичного вещества с переменной интенсивностью в зависимости от ветровой обстановки, физических характеристик примеси и класса шероховатости приземного слоя атмосферы. Математическая модель позволяет получать пространственно-временные распределения опасного параметра – относительной массовой концентрации токсичного газа и поражающего фактора – ингаляционной токсодозы, которые необходимы для определения нестационарных трехмерных полей условной вероятности поражения обслуживающего персонала техногенного объекта на основе аппарата пробит-анализа. Практическая значимость. Разработанная вычислительная технология позволяет эксперту на этапе принятия решения осуществлять автоматизированный численный анализ и прогноз во времени и пространстве условной вероятности смертельного поражения обслуживающего персонала, который подвергается ингаляционному воздействию токсичного газа как составной части показателя безопасности техногенного объекта – индивидуального риска.
Мета. Основною метою роботи є розрахунок просторових полів розподілу умовної ймовірності летального ураження обслуговуючого персоналу залізничної станції, викликаного інгаляцією токсичного газу, який розсіюється в приземному шарі атмосфери в умовах заданої вітрової обстановки, для чисельної оцінки рівня безпеки техногенного об'єкту. Методика. Розроблено тривимірну математичну модель процесів випаровування токсичної хімічної речовини з поверхні плями пролиття в результаті аварійного руйнування ємності зберігання або транспортування зрідженого газу і подальшого розсіювання газової домішки в приземному шарі атмосфери з урахуванням захаращення простору будівлями. Також розроблено обчислювальну технологію визначення умовної ймовірності ураження людини токсичним газом на основі пробіт-аналізу ступеня впливу вражаючого фактора (інгаляційної токсодози) на організм людини. Для автоматизації обчислювального процесу табличну залежність «пробіт-функція–ймовірність ураження» замінено узагальненим кусочно-кубічним сплайном. Результати. На основі розроблених моделей отримані результати розрахунків просторово-часових полів умовної ймовірності смертельного ураження персоналу залізничної станції, який піддався інгаляційному впливу хмари газоподібного ціаністого водню. Визначено, що наявність будівель на шляху розсіювання токсичної хмари збільшує площу концентрації та час проходження хмари по розрахунковій області, що, відповідно, збільшує час експозиції обслуговуючого персоналу шкідливому впливу. Наукова новизна. У розробленій математичній моделі враховуються: стисливість потоку, складний рельєф місцевості (захаращення розрахункового простору будівлями техногенного об'єкту), тривимірний характер процесу розсіювання газоподібної домішки, наявність випаровування з плями пролиття токсичної речовини зі змінною інтенсивністю в залежності від вітрової обстановки, фізичних характеристик домішки і класу шорсткості приземного шару атмосфери. Математична модель дозволяє отримувати просторово-часові розподіли небезпечного параметра – відносної масової концентрації токсичного газу і вражаючого фактора – інгаляційної токсодози, які необхідні для визначення нестаціонарних тривимірних полів умовної ймовірності ураження обслуговуючого персоналу техногенного об'єкту на основі апарату пробіт-аналізу. Практична значимість. Розроблена обчислювальна технологія дозволяє експерту на етапі прийняття рішення здійснювати автоматизований чисельний аналіз і прогноз в часі та просторі умовної ймовірності смертельного ураження обслуговуючого персоналу, який піддається інгаляційному впливу токсичного газу як складової частини показника безпеки техногенного об'єкту – індивідуального ризику.
MATHEMATICAL MODELING OF EVAPORATION CONSEQUENCES OF TOXIC SUBSTANCE EMERGENCY SPILLAGE AT RAILWAY TRANSPORT.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ИСПАРЕНИЯ АВАРИЙНОГО ПРОЛИВА ТОКСИЧНОГО ВЕЩЕСТВА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАСЛІДКІВ ВИПАРОВУВАННЯ АВАРІЙНОГО ПРОЛИТТЯ ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН НА ЗАЛІЗНИЧНОМУ ТРАНСПОРТІ
2018-06-14
Science and Transport Progress ; No. 3(75) (2018); 52-66
Article (Journal)
Electronic Resource
Russian
pollution , gas mixtures , partial differential equations , exposure to harmful substances , numerical methods газовые смеси , чисельні методи , загрязнение , газові суміші , воздействие вредных веществ , вплив шкідливих речовин , забруднення , диференціальні рівняння із частинними похідними , дифференциальные уравнения с частными производными , численные методы
Metadata by SPU is licensed under CC BY 3.0
Scientific Periodicals of Ukraine | 2008
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2007
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2012
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2008
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2004
|