Evaluation of Gabions Usage Effectiveness for Industrial Facilities Protection Against Damage
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. In the extreme situations at industrial sites, various damaging factors may appear, such as the spread of toxic substances in the air, the creation of a fireball, etc., which pose a threat to the lives of workers and have a significant negative impact on the environment. That is why today, special attention is being paid to the problems associated with the spread of debris during a drone attack. At an industrial site where oil product storage facilities are located, the debris generated during an explosion can damage the tank building and cause a fire. In this regard, the main objective of the study is to evaluate the effectiveness of using gabion to reduce the risk of damage to the oil storage facility during the movement of drone debris. Methodology. To achieve this goal, the paper considers the problem of flying debris in the event of a drone explosion at an industrial site where oil storage facilities are located. The use of gabion with sand is proposed to protect the tank building from the throwing effect of debris. It is proposed to develop a mathematical model of the movement of a fragment in the path of which the gabion is located. The effect of gabion as a protective screen on reducing the air temperature near a neighboring oil storage facility in the event of a fire at an industrial site is also considered. A model of the dynamics of a point motion (Newton's second law) was used to mathematically describe the movement of the debris. Numerical integration of the modeling equations was performed using the Euler's method. The energy equation was used to model the process of thermal air pollution at an industrial site during a fire. Findings. In this work, the numerical model was programmed and a computer code was created. The programming language is FORTRAN. The code provides information on the speed of the fragment movement in different parts of each zone. On the basis of the constructed numerical model and the created code, parametric studies were carried out to determine the effectiveness of using gabion with sand to protect the oil storage facility from the effects of fragment. As an approximation, the case when the fragment after the explosion moves horizontally in the direction of the object was considered. The influence of the gabion height on the heating level of the wall of the oil storage facility located at an industrial site was analyzed. Originality. An effective mathematical model has been developed to evaluate the effectiveness of using gabion to protect the oil storage facility from damage by drone fragment. The proposed model allows determining the rational dimensions of the gabion to reduce the risk of damage to the tank wall. An effective computer model of thermal air pollution at an industrial site in the event of a fire at an oil storage facility is presented. Practical value. On the basis of the constructed mathematical model, a computer code was created to conduct a computational experiment to determine the effectiveness of using protective barriers (gabions) on the territory of an industrial site.
UKR: Мета. У разі екстремальних ситуацій на промислових майданчиках можлива поява різних уражальних факторів, наприклад, поширення в повітрі токсичних речовин, створення вогняної кулі тощо, які становлять загрозу життю працівників та мають значний негативний вплив на довкілля. Тому сьогодні особливу увагу привертають задачі, пов’язані з розлітанням уламків під час атаки дронів. На промисловому майданчику, де розташовані сховища нафтопродуктів, уламки, що утворилися під час вибуху, можуть пошкодити корпус нафтосховища та спричинити пожежу. У зв’язку з цим основна мета роботи полягає в оцінюванні ефективності використання габіону для зниження ризику ураження нафтосховища під час руху уламків дрона. Методика. Для досягнення поставленої мети в роботі розглянуто задачу розлітання уламків у разі вибуху дрона на промисловому майданчику, де розташовані нафтосховища. Для захисту корпусу нафтосховища від метальної дії уламків запропоновано використання габіону з піском. Передбачено розробити математичну модель руху уламка, на шляху якого розташований габіон. Також розглянуто вплив габіону як захисного екрана на зниження температури повітря біля сусіднього сховища нафтопродуктів у разі виникнення пожежі на промисловому майданчику. Для математичного опису руху уламка використано модель динаміки руху точки (другий закон Ньютона). Чисельне інтегрування моделювальних рівнянь здійснено за методом Ейлера. Для моделювання процесу термічного забруднення повітря на промисловому майданчику під час пожежі використано рівняння енергії. Результати. У роботі здійснено програмування чисельної моделі та створено комп’ютерний код. Мова програмування – FORTRAN. Код дає інформацію про швидкість руху уламка в різних частинах кожної зони. На базі побудованої чисельної моделі та створеного коду було проведено параметричні дослідження з визначення ефективності використання габіону з піском для захисту корпусу нафтосховища від дії уламків. Як наближення розглянуто випадок, коли уламок після вибуху рухається горизонтально в напрямку об’єкта. Здійснено аналіз впливу висоти габіону на рівень нагрівання стінки сховища нафтопродуктів, розташованого на промисловому майданчику. Наукова новизна. Розроблено ефективну математичну модель оцінювання ефективності використання габіону для захисту корпусу нафтосховища від ураження уламками дрона. Запропонована модель дозволяє визначати раціональні розміри габіону для зниження ризику пошкодження стінки нафтосховища. Наведено ефективну комп’ютерну модель термічного забруднення повітря на промисловому майданчику у випадку пожежі на нафтосховищі. Практична значимість. На базі побудованої математичної моделі створено комп’ютерний код для проведення обчислювального експерименту з метою визначення ефективності використання захисних перешкод (габіонів) на території промислового майданчика.
UKR: Мета. У разі екстремальних ситуацій на промислових майданчиках можлива поява різних уражальних факторів, наприклад, поширення в повітрі токсичних речовин, створення вогняної кулі тощо, які становлять загрозу життю працівників та мають значний негативний вплив на довкілля. Тому сьогодні особливу увагу привертають задачі, пов’язані з розлітанням уламків під час атаки дронів. На промисловому майданчику, де розташовані сховища нафтопродуктів, уламки, що утворилися під час вибуху, можуть пошкодити корпус нафтосховища та спричинити пожежу. У зв’язку з цим основна мета роботи полягає в оцінюванні ефективності використання габіону для зниження ризику ураження нафтосховища під час руху уламків дрона. Методика. Для досягнення поставленої мети в роботі розглянуто задачу розлітання уламків у разі вибуху дрона на промисловому майданчику, де розташовані нафтосховища. Для захисту корпусу нафтосховища від метальної дії уламків запропоновано використання габіону з піском. Передбачено розробити математичну модель руху уламка, на шляху якого розташований габіон. Також розглянуто вплив габіону як захисного екрана на зниження температури повітря біля сусіднього сховища нафтопродуктів у разі виникнення пожежі на промисловому майданчику. Для математичного опису руху уламка використано модель динаміки руху точки (другий закон Ньютона). Чисельне інтегрування моделювальних рівнянь здійснено за методом Ейлера. Для моделювання процесу термічного забруднення повітря на промисловому майданчику під час пожежі використано рівняння енергії. Результати. У роботі здійснено програмування чисельної моделі та створено комп’ютерний код. Мова програмування – FORTRAN. Код дає інформацію про швидкість руху уламка в різних частинах кожної зони. На базі побудованої чисельної моделі та створеного коду було проведено параметричні дослідження з визначення ефективності використання габіону з піском для захисту корпусу нафтосховища від дії уламків. Як наближення розглянуто випадок, коли уламок після вибуху рухається горизонтально в напрямку об’єкта. Здійснено аналіз впливу висоти габіону на рівень нагрівання стінки сховища нафтопродуктів, розташованого на промисловому майданчику. Наукова новизна. Розроблено ефективну математичну модель оцінювання ефективності використання габіону для захисту корпусу нафтосховища від ураження уламками дрона. Запропонована модель дозволяє визначати раціональні розміри габіону для зниження ризику пошкодження стінки нафтосховища. Наведено ефективну комп’ютерну модель термічного забруднення повітря на промисловому майданчику у випадку пожежі на нафтосховищі. Практична значимість. На базі побудованої математичної моделі створено комп’ютерний код для проведення обчислювального експерименту з метою визначення ефективності використання захисних перешкод (габіонів) на території промислового майданчика.
Description
O. Medvedieva: ORCID 0000-0001-5575-713X; Dziuba S.: ORCID 0000-0002-3139-2989; I. Kalashnikov: ORCID /0000-0002-2814-380X; M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532
Keywords
thermal contamination, mathematical modeling, gabion, dynamics of fragment movement, risk of damage, термічне забруднення, математичне моделювання, габіон, динаміка руху уламка, ризик ураження, КГВФ (ДІІТ)
Citation
Medvedieva O. O., Dziuba S. V., Kalashnikov I. V., Biliaiev M. M., Kozachyna V. A. Evaluation of Gabions Usage Effectiveness for Industrial Facilities Protection Against Damage. Наука та прогрес транспорту. 2025. № 1. С. 49–57. DOI: 10.15802/stp2025/324155.