Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 6

Предметы,попадающие в огневой шторм, не загораются в силу кратковременноститеплового воздействия.2.3. Выводы по второй главе1.Еслиисточниквоспламенениянаходитсянакраюоднороднойвзрывоопасной смеси, то видимая скорость пламени минимум в два раза меньше,чем при ее центральном воспламенении;2. 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.

Поэтому данный дефлаграционный взрыв не сопровождаетсяизбыточным давлением и характеризуется только скоротечными тепловыминагрузками. Человек, попадающий в зону действия такого дефлаграционноговзрыва, который еще именуют «огневым штормом», получает ожоги легких иверхних дыхательных путей. Предметы, попадающие в огневой шторм, незагораются в силу кратковременности теплового воздействия;3.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 на44расстоянии 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.45ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ3.1 Общая характеристика и основные уравнения, описывающие уровнивзрывного давленияДефлаграционные аварийные взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС) воткрытом пространстве имеют дозвуковуювидимуюскорость пламени.Наиболеетипичными скоростями пламени при аварийных дефлаграционных взрывахявляются скорости, которые существенно меньше скорости звука [3, 49, 99].Поэтому волна сжатия (ВС), возникающая при дефлаграционных взрывах,находится между фронтом взрывной волны, которая распространяется созвуковой или сверхзвуковой скоростью, и фронтом горения смеси, которыйдвижется с существенно дозвуковой скоростью.

Избыточное давление и другиепараметры в волне сжатия полностью определяются видимой скоростью пламени,которая характеризует собой темп выделения продуктов взрыва.При завершениивзрывного горения выделение продуктов сгорания прекращается иформируетсяобласть разрежения. Учитывая, что давление в продуктах взрыва практическиодинаково для всех точек пространства, дефлаграционный взрыв имеет формушара или полушара (при наземном взрыве тяжелых смесей).

Поэтому говорят оформировании в процессе взрыва огненного шара (полушара), состоящего изпродуктов взрыва. В дальнейшем радиус продуктов сгорания (огненного шара),образовавшихся при взрыве, будем обозначать - R Г .Характерная при дефлаграционных взрывах временная зависимостьизбыточного давления от времени приведена на рисунке 3.1 [49]. Изприведенногорисункаследует,чтоформавзрывнойнагрузкипридефлаграционном взрыве характеризуется плавным нарастанием взрывногодавления во времени, что имеет существенное значение при определении уровнявзрывоустойчивости строительных объектов.46Рисунок 3.1 - Характерная временная зависимость взрывного давления привзрывном горении смеси (дефлаграционном взрыве ГПВС).В области огненного шара (на расстоянии 0  R  R Г ) на здания, сооруженияи людей действуют взрывная волна сжатия и нагретые до 1600-2000°С продуктыгорения [24].

Эта область часто называется - первой зоной. В второй зоне,расположенной вне огненного шара ( R  RГ ), на здания, сооружения и людейдействует волна сжатия, которая повышается от нуля до максимального значенияизбыточного давления, наблюдаемого в данной точке. После максимальногодавления в точке возникает давление разрежения, интенсивность которогозависит от времени и темпа завершения процесса горения на границе огненногошара.Дефлаграционный взрыв газопаровоздушной смеси (ГПВС) происходиттолько при условии, что концентрация горючего в смеси находится междунижним концентрационного пределом воспламенения (НКПВ) и верхнимконцентрационным пределом воспламенения (ВКПВ) [31].Силовое воздействие взрывной нагрузки или волны сжатия на разного родапрепятствия зависит от соотношения между характерным размером препятствия идлиной волны сжатия. При длине волнового возмущения большем, чемхарактерный размер препятствия, волна сжатия практически "не замечает"препятствия и распространяется без существенных искажений.

Поэтому на малые(по сравнению с длиной волны) препятствия избыточное давление волны сжатияне оказывает существенного силового воздействия. В этом случае силовое47воздействие оказывает только скоростной напор, сопровождающий волну сжатия.Силовое воздействие от скоростного напора зависит от качества обтеканияпотоком препятствия или от коэффициента лобового сопротивления препятствия[99].Придлиневолныменьшей,чемразмерпрепятствияосновнымпоражающим фактором взрыва будет давление, характеризуемое фазой сжатия ифазой разрежения.Таким образом, для определения параметров силового воздействия,создаваемогонаволнойсжатиядефлаграционноговзрыва,необходимоопределить динамические (временные) параметры взрывной нагрузки.Кроме волны сжатия опасны разного рода перемещающиеся предметы ифрагменты обрушающихся строительных конструкций, которые относятся квторичным поражающим факторам дефлаграционного взрыва.

Например, длячеловека, находящегося на открытой местности, опасность представляетураганный ветер, сопровождающий крупные взрывные аварии. В этом случаелюди падают, получают различные травмы, часто теряют сознание [99].Для расчетах размеров огненного шара чаще всего используется средниепараметры, характеризующие процесс горения: средняя концентрация горючего всмеси - Сср и среднее значение коэффициента расширения продуктов взрыва - ср . При этом предполагается, что во взрыве участвует только некоторая частьобщего количества горючего вещества, попавшего в атмосферу, - Z. Тогда расчетрадиуса наземного огненного шара, формирующегося при дефлаграционномвзрыве, находится по формуле [99]:3RГ 2 ср M  Z C ср1/ 3,(3.1)где М - суммарное количество (масса) взрывоопасного вещества, попавшего ватмосферу в результате аварийного выброса, кг.В таблице 3.1 приведены физико-химические параметры некоторыхгорючих веществ [77].48Таблица 3.1.

Физико-химические параметры некоторых горючих веществГорючеевеществоПараметры смеси, имеющеймаксимальную скорость горенияC,г/м3163,490,1121,1104,675,979,192,8,кг/м31,091,191,241,241,241,251,26срПараметры смеси,имеющих НКПВUн, Cнкп, нкп,м/с г/м3 кг/м30,10 102,5 1,231,61 26,7 1,200,44 59,6 1,220,47 62,3 1,240,43 38,0 1,220,44 38,0 1,230,39 46,3 1,23срнкпнкпАммиак8,77,25,8 4,8Ацетилен10,48,64,0 3,3Ацетон9,78,16,4 5,3Бензол9,37,86,1 5,1Бутан9,68,06,3 5,2Бутилен9,88,36,1 5,1Бутиловый9,88,26,2 5,2спиртВодород24,60,858,36,9 2,67 3,51,14 2,8 2,1Гексан82,21,299,37,9 0,39 41,0 1,24 6,1 5,1Гептан93,41,269,78,1 0,41 46,8 1,23 6,1 5,1Диметиловый125,6 1,249,98,3 0,49 62,8 1,22 6,2 5,1эфирДихлорэтан312,3 1,419,47,8 0,28 173,4 1,32 6,7 5,7Крахмал160,0 1,377,76,4 0,30 40,8 1,25 3,2 2,5Метан63,51,139,17,6 0,28 31,6 1,15 6,0 5,0Метиловый163,7 1,239,78,1 0,54 81,9 1,19 6,2 5,3спиртМука (1 сорт)209,1 1,38 11,19,5 0,30 42,7 1,22 4,3 3,3Окись углерода 345,4 1,158,87,3 0,85 172,6 1,18 5,5 4,6Пропан74,21,219,78,1 0,45 37,2 1,20 6,1 5,2Пропилен78,31,249,78,3 0,58 39,2 1,22 6,0 5,0Сероуглерод302,1 1,408,67,2 0,59 31,8 1,20 2,7 2,3Этан72,71,199,57,9 0,45 36,4 1,20 6,1 5,1Этилен73,71,18 10,08,4 0,74 36,4 1,18 6,1 5,1Этиловый спирт 125,6 1,259,78,2 0,55 62,6 1,22 6,2 5,3Примечание: с - степень сжатия продуктов взрыва при постоянном объеме,р - степень расширения продуктов взрыва при постоянном давлении.Основным критерием подобия при дефлаграционных взрывах в атмосфереявляется безразмерное расстояние - R 0  R .

Из указанного критерия подобияRГследует, что при произвольном количестве взрывоопасного вещества и любомрадиусе огненного шара все основные параметры взрыва (кроме времени) будут49зависеть только от значения R0 и видимой скорости распространения пламени W .То есть на одном и том же безразмерном расстоянии R0 будут наблюдаться одни ите же параметры среды: избыточное давление взрыва, скоростной напор,плотность среды и скорость волнового потока [63].Чаще всего все параметры невозмущенной среды обозначают с нижниминдексом "0", параметры среды на фронте волны сжатия обозначают индексом"ф", а параметры среды перед фронтом пламени обозначают индексом "mах". Вдальнейшем мы будем придерживаться таких же обозначений.Максимальное избыточное давление, которое будет наблюдаться на фронтепламени, Pmax зависит только от видимой скорости пламени [67] и может бытьопределено по данным, приведенным в таблице 3.2, или по рисунку 3.2.maxW, м/сРисунок 3.2 - Максимальное избыточное давление в волне сжатия взависимости отвидимой скорости распространения пламени, которое реализуется придефлаграционном взрыве в атмосфереПриведенныевышеданныеэкспериментальные исследованияполученырасчетнымпутем,т.к.дефлаграционных взрывов в атмосфересопряжены со значительными трудностями чисто технического характера.Во области, расположенной вне огненного шара, максимальное давлениевзрыва убывает с расстоянием практически по линейному закону.

В этом случае(при 1  R 0 ) максимальное избыточное давление Pm может быть определено последующей эмпирической формуле [99]:50Pm Pmax1  B  ( R 0  1) C, кПа ,(3.2)где R 0  R - приведенное (безразмерное) расстояние, являющееся критериемRГмоделирования; В и С- эмпирические коэффициенты, зависящие от видимойскорости распространения пламени W .Значения эмпирических коэффициентов В и С для некоторых значенийвидимой скорости пламени приведены в таблице 3.2. Для других значенийскорости пламени значения коэффициентов В и С может быть получено путеминтерполяции.Как указывалось ранее, значения эмпирических коэффициентов В и Сполучены в результате численных вычислений, основанных на модели движениядвигающегося поршня.Таблица 3.2.