Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 5

В этом случае можно говорить об огневомшторме, который не сопровождается избыточным давлением и характеризуетсятолько скоротечными тепловыми нагрузками. Человек, попадающий в огневойшторм, получает ожоги легких и верхних дыхательных путей [26]. Предметы,попадающие в огневой шторм, не загораются в силу кратковременноститеплового воздействия.Рассмотрим результаты эксперимента IV (вторая серия экспериментов),когда горючая газовая смесь создавалась в правой части камеры, левый торецкамеры был открыт, а правый закрыт и зажигание смеси осуществлялось в точкеТ4, находящейся вблизи правого торца камеры (см.

рисунок 2.3). При проведенииэксперимента IV объем взрывоопасной смеси (объем правой камеры) составлялVк1 = 0,00064 м3, а его линейная протяженность была равна 0,25 м.Соответственно при полном сгорании смеси линейный размер продуктов взрыва(линейный размер огненного шара) должен составлять около ХОШ = 0,25*8 = 2 м(степень расширения продуктов взрыва примерно равна 8).На рисунке 2.13 приведены фотографии процесса распространения фронтапламени при проведении эксперимента IV.3616,7 мс37,6 мс58,5 мс79,4 мс92,0 мс112,9 мс133,8 мс154,7 мсРисунок 2.13 – Фотографии процесса распространения пламени в экспериментеIV.Смесь расположена в правом отсеке камеры.

Длина отсека (областивзрывоопасной смеси) 0,25 м. Зажигание смеси осуществляется у правого торцакамеры в точке Т4.37На рисунке 2.14 приведены экспериментальные координаты положенияфронта пламени для различных моментов времени, которые были получены сфотографий процесса взрыва (см. рисунок 2.13), и скоростные характеристикифронта пламени, полученные из интерполяционного соотношения, описывающегоположение фронта пламени в зависимости от времени.Рисунок 2.14 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционная зависимость положения фронтапламени от времени;2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент IV.Нарисунке2.14(1)приведенаинтерполяционнаязависимость,представляющая собой полином 6-ой степени, наиболее точно соответствующийвсем экспериментальным значениям положения фронта пламени в зависимости отвремени.Из приведенных на рисунке 2.14 данных можно сделать следующиевыводы.

Максимальная скорость пламени составляет около 20 м/с и реализуется38примерно на расстоянии ХОШ/3, т.е. когда фронт пламени «прошел» третьнеобходимого пути. Окончание процесса горения происходит на расстоянии3/4*ХОШ, т.е. четвертая часть смеси не сгорает, а за счет диффузии обедняется досостояния, когда ее горение становится невозможным. И последнее. Процессостановки (прекращения) горения происходит достаточно плавно.Для подтверждения и уточнения выводов, сделанных на основаниирезультатов эксперимента IV, был проведен опыт, в котором область взрыва(размер правого отсека) был увеличен в два раза до 0,5 м.При проведении этого опыта (эксперимент V) горючая газовая смесьсоздавалась в правой части камеры, левый торец камеры был открыт, а правыйзакрыт и зажигание смеси осуществлялось в точке Т4, находящейся вблизиправого торца камеры (см.

рисунок 2.3). При проведении эксперимента V объемвзрывоопасной смеси (объем правой камеры) составлял Vк2 = 0,0128 м3, а еголинейная протяженность была равна 0,5 м. Соответственно при полном сгораниисмеси линейный размер продуктов взрыва (линейный размер огненного шара)должен составлять около ХОШ=0,5*8=4 м (степень расширения продуктов взрывапримерно равна 8).Рассмотрим результаты эксперимента V.

На рисунке 2.15 приведеныфотографии процесса распространения фронта пламени при проведенииэксперимента V.12,5 мс37,6 мс3946,0 мс58,5 мс83,6 мс129,6 мс200,6 мс238,3 мсРисунок 2.15 – Фотографии процесса распространения пламени вэксперименте V.Смесь расположена в правом отсеке камеры. Длина отсека (областивзрывоопасной смеси) 0.5м. Зажигание смеси осуществляется у правоготорца камеры в точке Т4.На рисунке 2.16 приведены экспериментальные координаты положенияфронта пламени для различных моментов времени, которые были получены сфотографий процесса взрыва (см. рисунок 2.15), и скоростные характеристикифронта пламени, полученные из интерполяционного соотношения, описывающегоположение фронта пламени в зависимости от времени.Нарисунке2.16(1)приведенаинтерполяционнаязависимость,представляющая собой полином 8-ой степени, наиболее точно соответствующий40всем экспериментальным значениям положения фронта пламени в зависимости отвремени.Рисунок 2.16 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционная зависимость положения фронтапламени от времени;2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент V.Приведенные на рисунке 2.16 данные подтверждают сделанные ранеевыводы.

Максимальная скорость пламени составляет около 25 м/с и реализуетсяпримерно на расстоянии ХОШ/4, т.е. когда фронт пламени «прошел» четвертьнеобходимого пути. Окончание процесса горения происходит на расстоянии3/4*ХОШ, т.е. четвертая часть смеси не сгорает, а за счет диффузии обедняется досостояния, когда ее горение становится невозможным. Процесс остановки(прекращения) горения происходит достаточно плавно и занимает около 0,5 м (см.2.16 (1)), что соответствует примерно 1/8 ХОШ.41В результате второй серии экспериментов можно сделать следующиевыводы.Пристехиометрическойконцентрациисмесиразгонпламениосуществляется на расстоянии 0,3*ХОШ, далее на протяжении 0,55*ХОШ фронтпламени движется с постоянной скоростью (если отсутствуют турбулизаторы иэффект автотурбулизации) и окончание процесса взрыва происходит нарасстоянии 0,15*ХОШ.

При этом реальный размер огненного шара составляет неболее 75% от линейного размера огненного шара, полученного путемформального увеличения исходного объема смеси в ε раз, ε – степень расширенияпродуктов горения при взрыве.

Например, при взрыве стехиометрической смеси ватмосфере (трехмерный случай) принимается, что размер огненного шара равенRОШ  3   RСМ , где RСМ – радиус области, содержащей взрывоопасную смесь. Вреальности размер огненного шара составляет не более RОШ  0,75  3   RСМ , т.к.часть смеси за счет диффузии разбавляется воздухом и становится негорючей.2.2. Особенности развития аварийных взрывов в атмосфереРезультатыэкспериментальныхисследованийвыявилиследующиекраюоднороднойособенности аварийных взрывов в атмосфере.Еслиисточниквоспламенениянаходитсянавзрывоопасной смеси, то видимая скорость пламени минимум в два раза меньше,чем при ее центральном воспламенении.При дрейфе взрывоопасного облака или при его распространении врезультате диффузии и при воспламенении смеси постоянно действующимиисточниками горения происходит дефлаграционный взрыв, видимая скоростьпламени которого по мере развития взрыва практически не ускоряется исоставляет 5-10 м/с [15].

Поэтому данный дефлаграционный взрыв несопровождается избыточным давлением и характеризуется только скоротечнымитепловыминагрузками.Человек,попадающийвзонудействиятакогодефлаграционного взрыва, который еще именуют огневым штормом, получает42ожоги легких и верхних дыхательных путей. Предметы, попадающие в огневойшторм, не загораются в силу кратковременности теплового воздействия [26].Пристехиометрическойконцентрациисмесиразгонпламениосуществляется на расстоянии 0,3*ХОШ, далее на протяжении 0,55*ХОШ фронтпламени движется с постоянной скоростью (если отсутствуют турбулизаторы иэффект автотурбулизации) и окончание процесса взрыва происходит нарасстоянии 0,15*ХОШ. При этом реальный размер огненного шара составляет неболее 75% от линейного размера огненного шара, полученного путемформального увеличения исходного объема смеси в ε раз, ε – степень расширенияпродуктов горения при взрыве [99].Для подтверждения указанных особенностей дефлаграционных взрывов ватмосфере проанализируем аварийный взрыв, описанный ранее в первой главе.Взрыв произошел в результате возгорания утечки тяжелых углеводородов изаварийных трубопроводов.Как указывалось ранее, к особенностям данной аварии следует отнестиследующие обстоятельства: достаточно большая утечка тяжелых углеводородов(не менее 50-100т), продолжавшаяся длительное время (не менее 5-10 часов);относительно ровная и не имеющая препятствий территория утечки; отсутствиекаких-либо мероприятий по ликвидации аварии; достоверная информация о местевоспламенения смеси; подробная информация о характере взрыва и зонпоражения.

Во-первых, указанные обстоятельства позволяют трактовать его, какнекоторый аналог аварийной ситуации, сопровождающей значительный проливтоплива. Во-вторых, его можно рассматривать, как наиболее тяжелую ситуацию,сопровождающую взрывное горение распространяющегося взрывоопасногооблака, воспламенение которого произошло при появлении источника зажиганияна краю облака.Приведенные данные о развитии аварийного взрыва, который представляетсобой фактически натурный эксперимент, подтверждают выводы, полученные намодельных опытах.43А именно. При воспламенении распространяющейся смеси постояннодействующими источниками горения происходит дефлаграционный взрыв,которыйнехарактеризуетсясопровождаетсятолькозначительнымскоротечнымиизбыточнымтепловымидавлениемнагрузками.иЧеловек,попадающий в зону действия такого дефлаграционного взрыва, который частоименуют огневым штормом, получает ожоги легких и верхних дыхательныхпутей, что при больших зонах огневого шторма приводит к его гибели.