Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 9

Параметры взрыва определялись на расстояниях: 25; 36,3; 51,1; 71,29; 100.73;146,63; 240,69; 500,90 м от места взрыва.В [99] были получены максимальные давления взрыва на указанныхрасстояниях. Нами были выполнены расчеты с аналогичными исходнымиданными. Расчеты проводились для следующего варианта задания видимойскорости пламени, принятого авторами [99].

При расчетах задается определеннаязависимость видимой скорости пламени от времени – W(t). В [99] принимается,что при 0<t<АН*tВЗЫВА (tВЗЫВА общее время взрывного горения) происходит67линейное увеличение видимой скорости пламени от WМИН до WМАКС; приАН*tВЗЫВА<t<(АН+АП)*tВЗЫВА видимая скорость пламени равна WМАКС, а при(АН+АП)*tВЗЫВА<t<tВЗЫВА видимая скорость пламени уменьшается от WМАКС до 0.При этом принимаются следующие значения параметров: АН = 0,3; АП = 0,6; АС =0,1.Результаты расчетов сведены в таблицу 3.3Таблица 3.3R, мPМАКС, кПа2536,351,1 71,29 100,73 146,63 240.69 500,90Результаты расчета из табл.4.1, стр.39, [99].12,35 10,28 7,875,864,252,951,880,96Результаты расчета по разработанной методике.PМАКС, кПа15,3110,537,495,373,802,611,590,76Из таблицы 3.3 следует, что результаты расчета по используемой программедостаточно близко соответствуют данным, полученным по эмпирическойметодике, описанной в [5].Для общего представления о виде взрывной нагрузки, которая, следуяметодике [5], реализуется при дефлаграционном взрыве 1000 кг пропана, нарисунке 3.17 приведены результаты расчета параметров взрывного давления вточках, расположенных на расстояниях 25; 36,3 и 51,1 м от места взрыва.Приведем данные о результатах расчета, полученных по тестируемойпрограмме, для исходных данных примера, приведенного в [99].

В примере,приведенном в [5], предполагается, что в результате взрыва сформировалсяогненный шар с радиусом RОШ = 53,8 м, минимальная скорость пламенисоставляла WМИН = 3,63 м/с, а максимальная скорость пламени достигала WМАКС =120 м/с. Параметры взрыва определялись на расстоянии 100 м от места взрыва.Расчеты по используемой нами программе выполнены для варианта, когдазадана зависимость видимой скорости пламени от текущего значения радиусаогненного шара – W(t). Было принято, как это сделано в [98], что АН = 0,3; АП =0,6; АС = 0,1.68Рисунок 3.17 Расчетные зависимостиизбыточного давленияот времени нарасстояниях:1 – 25 м; 2 – 36,3 м;3 – 51,1 мот места взрыва.На рисунке 3.18 приведены результаты расчета параметров взрывногодавления в точке, расположенной в 100 м от места взрыва.Расчеты показали, что интегральные параметры взрыва составляют:максимальное давление равно ΔРМАКС = 12,15 кПа; минимальное избыточноедавление составляет ΔРМИН = -12,35 кПа; импульс фазы сжатия равен – 1539 Па*с.Рисунок 3.18 - Расчетнаязависимость избыточногодавления от времени нарасстоянии 100 м от меставзрыва.Задана функциональнаязависимость скоростипламени от времени W(t).Расчеты, приведенные в [5] показали, что для заданных исходных данныхбыли получены следующие значения: максимальное давление -ΔРМАКС = 12,46кПа, а минимальное избыточное давление - ΔРМИН = -12,46 кПа (см.

стр.50источника [5]).69На рисунке 3.19 приведены динамические параметры огненного шара,динамика видимой скорости пламени и скоростные характеристики потока,сопровождавшие взрыв.Рисунок 3.19 –Динамические зависимости параметров огненного шара, видимой скоростипламени и скорости потока на границе огненного шара.1 – зависимость координаты фронта пламени от времени;2 - видимая скорость распространения пламени от положения фронтапламени;3 – зависимость видимой скорости распространения пламени от времени;4 - зависимость скорости потока на границе огненного шара от времени.Для приведенных параметров видимой скорости пламени было определеноизбыточное давление взрыва на расстоянии 100 м от места воспламенения,которое было приведено на рисунке 3.18.Приведенное выше сравнение расчетных зависимостей взрывного давленияот времени с результатами расчета по методикам других авторов позволяетговорить о том, что методика, которая будет нами использоваться для проведениявычислительных экспериментов, адекватно описывает динамические параметрыдефлаграционного взрыва.70На рисунке 3.20 приведен узкополосный спектр взрывного давления(ширина полосы 0,74 Гц), показанного на рисунке 3.18.Рисунок 3.20 – Расчетныйспектр избыточногодавления при начальныхданных, соответствующихэксперименту.

Ширинаполосы 0,74 Гц.Расчетное значение суммарного уровня давления равно L = 181,8 дБ, азначение уровня звукового давления (начиная со второй октавы – 45 гц) равно LЗВ= 135,1 дБ. Из приведенного на рисунке 3.20 спектра взрывного давления видно,что акустические нагрузки (давление, воспринимаемое человеком) имеютдостаточно малые значения (40-60 дБ, что соответствует громкой речи). Всяколебательная энергия сосредоточена в частотной области, которую человек неслышит. Поэтому взрывное давление с динамическими параметрами, котороебыло приведено на рисунке 3.18, свидетели аварии будут воспринимать какнизкочастотное шипение, а не как взрыв.Приведенная методология позволяет определять условия, при которыхмогут реализоваться те или иные особенности восприятия человеком волнысжатия, что особенно важно при расследовании реальных аварийных ситуаций,когда одним из источников информации являются свидетельские показания.В продолжение данной темы следует отметить следующую особенностьвзрывного давления, формирующегося при аварийных дефлаграционных взрывах.Максимальное взрывное давление определяется максимальной скоростьюпламени, а минимальное давление в волне разрежения определяется временем«остановки»пламени,т.е.распределениемконцентрациинагранице71взрывоопасного облака.

Кроме этого следует отметить, что спектральныехарактеристики звукового давления (следовательно, и восприятие их человеком)для примерно одинаковых взрывных нагрузок могут существенно отличаться.Указанныеособенностипрактическиневозможноподтвердитьэкспериментальным путем, но можно выявить расчетными методами.Результаты расчетов будут приведены в гл.

4.1.3.4. Выводы по третьей главе1.Разработана методика расчета динамических параметров аварийноговзрыва неоднородной газовоздушной смеси;2.Приведенноесравнениерезультатовчисленныхрасчетовпоразработанной методике с имеющимися результатами других авторов иэкспериментами данными показало удостоверительное их согласие;3.Разработанную методику можно применять для прогнозированияпараметров аварийного взрыва и восстановления сценариев произошедшихвзрывов.72ГЛАВА 4. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯВЗРЫВНЫХ НАГРУЗОК ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ГОРЮЧАХВЕЩЕСТВ4.1.

Результаты расчетов по разработанной методикиРассмотрим результаты расчетов, выполненных по разработанной методике.Для выявления особенностей формирования взрывных нагрузок при аварийныхдефлаграционныхвзрывахнеоднородныхсмесейбылапроведенасериявычислительных экспериментов. Ниже приводятся результаты шести вариантоврасчетов.Во всех вариантах расчетов предполагается, что в результате взрывасформировался огненный шар с радиусом RОШ = 20,0 м, минимальная скоростьпламени составляла WМИН = 30,0 м/с, а максимальная скорость пламени достигалаWМАКС = 100 м/с.

Параметры взрыва определялись на расстоянии 21 м от меставзрыва, т.е. вблизи границы огненного шара.Рассмотрим динамические параметры нагрузки при взрыве однороднойсмеси. В этом случае на начальной стадии взрыва скорость пламени минимальнаи равна WМИН, т.е. предполагается, что интенсификация и ускорение пламени наэтом участке отсутствуют. Поэтому при 0<R<АН*RОШ принималось, что видимаяскорость пламени равна WМИН.

При АН*RОШ<R<(АН+АП)*RОШ видимая скоростьпламени равномерно возрастает до WМАКС, т.е. происходит ускорение пламени(причины ускорения в данном случае не принципиальны), а при (АН+АП)*RОШ =(1-АС)*RОШ<R<RОШ видимая скорость пламени уменьшается от WМАКС до 0. Врасчетах были приняты следующие значения параметров: АН = 0,10; АП = 0,8; АС =0,10 (АН+АП+АС = 1).

Данный вариант расчета будем называть – вариант VI.73На рисунке 4.1.1 приведены результаты расчета параметров взрывногодавления в точке, расположенной в 1 м от границы огневого шара или в 21 м отместа взрыва.121 - расчетная зависимость избыточногодавления от времени на расстоянии 21м от места взрыва;2 - динамические зависимостипараметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потока награнице огненного шара;3 - расчетный спектр избыточного3давления (ширина полосы 1,0 Гц).Рисунок 4.1.

– Результаты расчета для варианта VI.Расчеты показали, что интегральные параметры взрыва составляют:максимальное давление равно ΔРМАКС = 15,2 кПа; минимальное избыточноедавление составляет ΔРМИН = -12,8 кПа; импульс фазы сжатия равен – 1191 Па*с.На рисунке 4.1 (2) приведены динамические параметры огненного шара,динамика видимой скорости пламени и скоростные характеристики потока,сопровождавшие взрыв. Видно, что скорость фронта пламени на начальном74участке постоянна, потом происходит его ускорение и на заключительной стадиивзрыва процесс горения прекращается, а пламя «останавливается».На рисунке 4.1 (3) приведен узкополосный спектр взрывного давления(ширина полосы 1,0 Гц), показанного на рисунке 4.1 (1).Расчетное значение суммарного уровня давления равно L = 183.0 дБ, азначение уровня звукового давления (начиная со второй октавы - 45гц) равноLЗВ=157,4 дБ.121 - расчетная зависимость избыточногодавления от времени на расстоянии 21м от места взрыва;2 - динамические зависимостипараметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потока награнице огненного шара;33 - расчетный спектр избыточногодавления (ширина полосы 1,0 Гц).Рисунок 4.2.