Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (НИУ МГСУ)На правах рукописиФан Туан АньМЕТОДЫ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНОГОВЗРЫВА НЕОДНОРОДНОЙ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(строительство)Диссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорКомаров Александр АндреевичМосква – 20182СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

3ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ ................................................................. 71.1. Анализ последствий аварийных взрывов ...........................................................

71.2 Анализ нормативных документов и существующих методик расчета .......... 131.3. Выводы по первой главе..................................................................................... 21ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ АВАРИЙНЫЕВЗРЫВЫ В АТМОСФЕРЕ ........................................................................................... 222.1. Результаты экспериментальных исследований ............................................... 222.2.

Особенности развития аварийных взрывов в атмосфере................................ 412.3. Выводы по второй главе ..................................................................................... 43ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВАВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ............................................................................................

453.1 Общая характеристика и основные уравнения, описывающие уровнивзрывного давления ................................................................................................... 453.2 Разработка методики по расчету взрывного давления.....................................

513.3 Тестирование разработанной методики по расчету динамических параметроввзрывного давления ................................................................................................... 603.4. Выводы по третьей главе ................................................................................... 71ГЛАВА 4. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯВЗРЫВНЫХ НАГРУЗОК ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ГОРЮЧАХВЕЩЕСТВ ...................................................................................................................... 724.1.

Результаты расчетов по разработанной методики........................................... 724.2. Пример расчета применительно к конкретному объекту ............................... 804.3. Выводы по четвертой главе ............................................................................... 93ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 94СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................. 96ПРИЛОЖЕНИЕ А: АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙРАБОТЫ .......................................................................................................................

1093ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Одним из сценариев аварийныхситуацийнапромышленныхобъектахявляетсявыбросватмосферупожаровзрывоопасных веществ. В результате взрывного сгорания газовоздушнойсмеси образуется взрывная волна с избыточным давлением на фронте волны, чтоприводит к разрушениям близлежащих зданий и сооружений. В связи с этим припроектировании и строительстве зданий и сооружений на взрывоопаснойтерритории выполняют расчёт взрывоустойчивости зданий и сооружений привзрыве газовоздушных смесей.В настоящее время существующие методики расчетов дают приближённыезначения взрывных нагрузок, воздействующих на здания и сооружения.

Этозатрудняетстроительствоэнергоёмкихобъектов(автозаправочные,газораспределительные станции и т.п.) в черте городской застройки, гдетребуются более точные величины от возможных взрывных воздействий.Аналогичная ситуация складывается при определении безопасных расстояний отзданий с персоналом до взрывоопасных технологических установок.Поэтому актуальность исследования заключается в том, что необходимоболее детальное изучение вопросов, связанных с аварийными взрывамигазовоздушных смесей на энергоёмких объектах.Степень разработанности темы исследования.Вопросамивзрывногосгораниягазовоздушныхсмесейвоткрытомпространстве и в ограниченном объёме, а также вопросами обеспечениявзрывобезопасности и взрывоустойчивости зданий и сооружений занимались какотечественные учёные (Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А., Абдурагимов И.М., Макеев В.И., Баратов А.Н., Корольченко А.Я. Карпов В.П., Мольков В.В.,Вогман Л.П., Шебеко Ю.Н., Горев В.А., Мишуев А.В., Хуснутдинов Д.З.Пилюгин Л.П.

и др.), так и зарубежные (D.T. Williams, L.M. Bollinger, B. Lewis,Pasman H.I., Rota R., Vasey M.W., Zalosh R.G. et all).4Цель работы: разработка методики расчёта взрывного давления длянеоднородной смеси, которая формируется в процессе аварийной ситуации.В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:1. Провести анализ существующих методик определения параметров взрывагазовоздушных смесей в атмосфере;2. Определитьосновныефизическиепроцессы,происходящиепривзрывном горении неоднородной смеси;3. Разработать математическую модель, описывающую взрывные нагрузки,возникающие при горении неоднородной смеси;4.

Провестиапробациюразработанноймоделипутёмсравнениясимеющимися данными других авторов и материалами экспериментов;5. Провестирасчётвзрывапоразработанноймоделиипоказатьвозможности её эффективного использования на примере потенциально опасногообъекта на территории Вьетнама.Объект исследования: взрывопожароопасные объекты, на территориикоторых находится значительное количество горючих веществ: метан, пропан,бензин и т.д.

Это могут быть заправки, топливоперевозчики, газопроводы,электроемкие промышленные установки и т.д.Предметом исследования является дефлаграционный взрыв неоднороднойгазопаровоздушной смеси сформировавшейся в атмосфере при аварии.Научная новизна заключается в следующем:1. На основе экспериментальных данных и расчетных методов разработанаметодика оценки параметров аварийного взрыва для неоднородной смеси.2.

Разработанныйалгоритмпозволяетболеедостоверноопределитьпараметры взрывной нагрузки применительно к энергоёмким объектам.Теоретическая значимость результатов работы: Впервые рассмотреныособенности динамических параметров аварийных взрывов неоднородных посоставу газовоздушных смесей.5Практическаязначимостьиреализациярезультатовработы:Повышается достоверность прогнозирования взрывных нагрузок, которые могутреализоваться на энергоемких объектах.Методология и методы исследования.

В процессе выполнения работыиспользованы методы математического моделирования, методы физическогомоделирования, анализировались результаты экспериментов, и было проведеносравнение результатов расчёта по разработанной методике с результатами расчётадругих авторов и с данными экспериментальных исследований.На защиту выносятся следующие основные положения:1. Анализаварийныхситуаций,связанныхсвзрывнымгорениемгазопаровоздушных смесей.2. Анализ нормативных и методологических документов описывающихвзрывные нагрузки, возникающие при аварийных ситуациях.3.

Физическая модель, описывающая формирование взрывных нагрузок,возникающих при взрывном горении неоднородных газовоздушных смесей.4. Математическое описание физического процесса, возникающего привзрывном горении неоднородных смесей.5. Апробация разработанной методологии на данных других авторов.6. Примеры применения разработанного метода применительно к реальномувзрывоопасному объекту Вьетнама.Степень достоверности результатов исследования подтверждается тем,чторезультатырасчётов,выполненныепоразработаннойметодике,соответствуют результатам расчетов, выполненных по другим методикам,подтверждаютсярезультатамиэкспериментальныхисследованийисоответствуют последствиям реальных аварийных взрывов.Публикации.Основноесодержаниедиссертацииотраженов12опубликованных научных работах, из которых 2 работы опубликованы вжурналах, включенных Перечень в рецензируемых научных изданий, в которыхдолжны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на6соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени докторанаук (Перечень рецензируемых научных изданий), и 3 работы опубликовано вжурналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web ofScience, Chemical Abstracts и других, а также в тезисах докладов намеждународных научно-практических конференциях.Апробация результатов.

Основные результаты работы были доложены на:XVIIIМеждународнаямежвузовскаянаучно-практическаяконференциястудентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство –Формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва: ФГБОУ ВПО “МГСУ”,2015); Международная научная конференция «Интеграция, партнёрство иинновации в строительной науке и образовании» г.