Для снижения потерь от испарения при хранении легкоиспаряющихся жидкостей в наземных стальных цилиндрических резервуарах используют наружные плавающие покрытия (НПП). Из-за отсутствия стационарной крыши конструкция НПП должна быть способна к восприятию снеговых и ветровых нагрузок, достигающих значительных величин на территории Российской Федерации. Особенностью указанных нагрузок является их эксцентричное приложение, что увеличивает вероятность отказа резервуара. Ранее выполненные исследования показали, что снеговая и ветровая нагрузки взаимосвязаны, а неравномерность толщины снегового покрова на покрытиях сооружений вызвана неоднородностью поля скоростей снеговетрового потока. При этом ранее на моделях резервуаров в аэродинамической трубе характеристики течения ветрового потока в пространстве внутри резервуара, являющиеся причиной эксцентричности снегового и ветрового воздействия на НПП, не изучались.
В статье приведены результаты исследования характера течения и распределения скоростей ветрового потока в пространстве внутри резервуара, который представляет собой открытый сверху круговой цилиндр. Исследования проведены методом физического моделирования на модели резервуара размера с соотношением высоты и диаметра H/D=0,53 в масштабе 1/100 в аэродинамической трубе. Изучено также влияние положения НПП относительно резервуара и конструкции НПП на характер течения. Скорость потока в аэродинамической трубе составляла 22-23 м/с, число Рейнольдса – (3-4)·105. Установлено, что при обтекании ветровым потоком открытой сверху цилиндрической емкости в пространстве внутри емкости над НПП формируются глобальный вихрь с горизонтальной осью, перпендикулярной направлению невозмущенного потока, а также несколько локальных вихрей. Глобальный вихрь формирует возвратные течения, направленные противоположно невозмущенному потоку, на большей части поверхности НПП. Скорость возвратных течений с увеличением относительной высоты НПП снижается вследствие уменьшения размеров глобального вихря. Скорость возвратного течения потока на поверхности НПП неоднородна. Неоднородность скоростей потока на поверхности НПП создает эксцентричность ветровой нагрузки, действующей на НПП. Полученные в результате исследований значения аэродинамических коэффициентов могут быть использованы при расчете ветровой нагрузки на НПП натурных резервуаров, имеющих соотношение характерных размеров H/D около 0,5.
Список литературы
1. Пенина Е.С. Экологический и экономический эффект от замены резервуаров ЖБР на РВСПК в резервуарном парке ЛПДС «Никольское» // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2012. – № 2. – С. 66–67.
2. Гадельшин, Р.З. Плавающие покрытия резервуаров: анализ эффективности и направления совершенствования / Р.З. Гадельшин // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2017. – № 4. – С. 96–101.
3. Каравайченко М.Г., Бабин Л.А., Усманов Р.М. Резервуары с плавающими крышами. – М.: Недра, 1992. – 236 с.
4. Myers Ph.E. Aboveground storage tanks. – New York: McGraw-Hill, 1997. – 685 p.
5. Дюнин А.К. Механика метелей. – Новосибирск: СО АН СССР, 1963. – 378 с.
6. Emission Factor Documentation for AP-42. Section 7.1 Organic Liquid Storage Tanks. Final Report.. – https://www3.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch07/bgdocs/b07s01.pdf
7. Гадельшин Р.З. Исследование эффективности периферийных уплотнений наружных плавающих покрытий резервуаров // Нефтяное хозяйство. – 2019. – № 4. – С. 102–106. – DOI: 10.24887/0028-2448-2019-4-102-106
8. Palmer S.C. Design of floating roofs on oil storage tanks to withstand wind loading – A review with recommendations // Journal of the Institute of Mechanical Engineers – 1986. – C257/86. – P. 23–31.
9. Горлин С.М., Коренберг Л.Н. Аэродинамические исследования моделей резервуаров большой емкости // Строительная механика и расчет сооружений. – 1968. – № 4. – С. 11–13.
10. Holroyd R.J. On the behavior of open topped oil storage tanks in high winds. Part 1. Aerodynamic aspects // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1983. –No. 12. – P. 329–352.
11. Marchman, J.F. Wind effects on floating surfaces in large open top storage tanks // Proc. 3d International Conference Wind Effects an Buildings and structures. Tokyo, 1971. – Р. 327–334.
12. Ziolko J. Modelluntersuchungen der Windeinwirkung auf Stahlbehalter mit Schwimmdach // Stahlbau. – 1978. – No 11. – Р. 321–329.
13. Runchal A.K. Hydrocarbon vapor emissions from floating roof tanks and the role of aerodynamic modifications // Journal of the Air Pollution Control Association. – 1978, 28/5. – P. 498–501.
14. Uematsu Y., Koo C., Kondo K. Wind loads on open-topped oil storage tank // VI International Colloquium Bluff Bodies Aerodynamics & Applications. Milano, 2008.
15. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. Общий курс – М: Наука, 1964. – 816 с.
