Автореферат диссертации (1141555), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Обоснована необходимость более точногоопределения взрывных нагрузок при оценке последствий взрывных аварий. Краткиманализомпоследствийаварийныхситуаций,сопровождаемыхвзрывом,подтверждена актуальность исследования.В настоящее время используются методики определения параметров аварийныхвзрывов, в которых при определении избыточного давления необходимо знатьвеличину скорости распространения пламени.

В данных методиках скоростьраспространенияпламенипринимаетсяпостоянной,чтохарактернодляравномерного распределения концентрации вещества по пространству. Но вреальных ситуациях такое распределение никогда не наблюдается.Данные модели позволяют оценивать параметры нагрузок, возникающих привзрывах однородных по пространству выбросах горючих веществ; исходя из этихданных, определяется воздействие опасных факторов взрыва на человека и объекты.Предложенный метод численного моделирования позволяет учесть неоднородностьраспределения концентрации веществ в газовом облаке, чего не учитываютсуществующие методики.Таким образом, в первой главе обоснована необходимость исследованияпроцессаформированиягазопаровоздушнойсмеси,взрывныхэтонагрузокповышаетприуровеньсгораниинеоднороднойвзрывобезопасностиивзрывоустойчивости энергоёмких объектов и сооружений, прилегающих к ним.Во второй главе «Физические процессы, сопровождающие аварийные взрывы8в атмосфере» проведены результаты серии экспериментальных исследований,направленных на рассмотрение вопросов ускорения процесса взрывного горения ивопросов его замедления в моменты окончания взрыва.При проведении экспериментов использовалась пропановоздушная смесьстехиометрическогосостава(концентрациягорючего4,5%об.).Экспериментальные взрывы осуществлялись в протяженной камере длинной 4,12 м,имеющей квадратное сечение со стороной 0,16 м.

Схема камеры приведена нарисунке 1.Рисунок 1 – Схема экспериментальной камерыВ 1-й серии экспериментов камера делилась на 3 части с помощью выдвижныхпанелей. Торцы камеры в этой серии экспериментов были открытыми. При помощимерного шприца в центральную камеру объёмом Vц = 0,0205 м3 закачивался пропан,создавая смесь стехиометрического состава. После определенного времени,необходимого для выравнивания концентрации в смеси, осуществлялось еевоспламенение. Зажигание смеси производилось с помощью электрическойзажигалки в разных точках смеси (в центре – точка Т1 и с краю смеси – в точках Т2,Т3), показанных на рисунке 2.

В момент воспламенения смеси выдвижные панеливынимались из камеры.Рисунок 2– Схема экспериментальной камеры, использовавшейся при проведении 1-й серииэкспериментовВо 2-й серии экспериментов камера была разделена на 2 части. Левый торецкамеры был открыт, а правый закрыт. Горючая газовая смесь создавалась в правой9части камеры.

При проведении опытов использовались камеры 2-х объёмов: 1-якамера объемом Vк1 = 0,00064 м3, 2-я камера объёмом Vк2 = 0,0128 м3. Зажиганиесмеси осуществлялось газовой зажигалкой, установленной в правом торце камеры –точка Т4. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3. В моментвоспламенения смеси панель, разделяющая камеру на две части, вынималась.Рисунок 3 – Схема экспериментальной камеры, использовавшейся при 2-й серииэкспериментовНа рисунке 4 приведены фотографии процесса распространения фронтапламени при проведении первый серии эксперимента при зажигании в точке Т1.8,4 мс20,9 мс29,3 мс41,8 мс54,3 мс66,9 мс75,2 мс1087,8 мсРисунок 4 – Фотографии процесса распространения пламени в эксперименте I.Зажигание смеси в центре облака - точке Т1.1 – через 8,4 мс после воспламенения смеси; 2 – через 20,9 мс; 3 – через 29,3 мс;4 – через 41,8 мс; 5 – через 54,3 мс; 6 – через 66,9 мс; 7 – через 75,2 мс; 8 – через 87,8 мс.На рисунке 5 приведены экспериментальные координаты положения фронтапламени от времени и изменение скорости фронта пламени от времени икоординаты.Рисунок 5 –Динамические параметрыфронта пламени.1 – экспериментальныеположения фронта пламени дляразличных моментов времени иинтерполяционные зависимостиположения фронта пламени отвремени;2 – зависимость скоростипламени от времени;3 – зависимость скоростипламени от координаты.Эксперимент I.Врезультатевыполненныхэкспериментальныхисследованийбылоустановленно:- Если источник воспламенения находится на краю однородной взрывоопаснойсмеси, то видимая скорость пламени минимум в два раза меньше, чем при еецентральном воспламенении.- При дрейфе взрывоопасного облака или при его распространении в результатедиффузии и при воспламенении смеси постоянно действующими источникамигорения происходит дефлаграционный взрыв, видимая скорость пламени которогопо мере развития взрыва практически не ускоряется и составляет 5-10 м/с.

Поэтомуданный дефлаграционный взрыв не сопровождается избыточным давлением ихарактеризуетсятолькоскоротечнымитепловыминагрузками.Человек,попадающий в зону действия такого дефлаграционного взрыва, который еще11именуют огневым штормом, получает ожоги легких и верхних дыхательных путей.Предметы, попадающие в огневой шторм, не загораются в силу кратковременноститеплового воздействия.- При стехиометрической концентрации смеси разгон пламени осуществляетсяна расстоянии 0,3* ХОШ, далее на протяжении 0,55* ХОШ фронт пламени движется спостояннойскоростью(еслиотсутствуюттурбулизаторыиэффектавтотурбулизации) и окончание процесса взрыва происходит на расстоянии 0,15*ХОШ. При этом реальный размер огненного шара составляет не более 75% отлинейного размера огненного шара, полученного путем формального увеличенияисходного объема смеси в ε раз, ε – степень расширения продуктов горения привзрыве.В третьей главе «Разработка методики по определению параметров аварийныхвзрывов» представлена разработанная модель и её апробация путём сравнениярезультатов расчета с имеющимися данными других авторов и результатамиэкспериментов.Методикарасчетадинамическихпараметроввзрывныхнагрузок,формирующихся при внешних дефлаграционных взрывах, основана на методеФурье.

Данный метод условно можно считать аналитическим, т.к. он не содержиткаких-либо упрощений и допущений. Единственное допущение относится киспользованию линейных уравнений движения для описания волновых потоков,возникающих при взрыве.Дляопределенияпараметроввзрывнойнагрузкиприскоростяхраспространения пламени меньше скорости звука в среде, что характерно длябольшинства дефлаграционных взрывов, допустимо использовать акустическое(линейное)приближение.возникающихвзрывныхПриопределениинагрузоквприменялосьакустическомприближениирешениемонополядлявбезграничном пространстве. Монополем в акустике называется сфера, она имеетрадиус а и совершает колебания с частотой ω.

На поверхности этой сферы, должнывыполняться следующие граничные условия:u r a  um  eiwt .(1)12Тогда звуковое давление и колебательная скорость для момента времени t и влюбой точке пространства r выражаются как:umdФikae iw t  r  a  / c2P  p pc  dtc (1  ika)r/a,uгдеk p (1  ikr )dФdrpcikr ,2(2)- волновое число (k 2cT ,T - характерное время);максимальная скорость на поверхности сферы ( r aum-); Ф - потенциал скоростипотока; c - скорость звука в среде; r- расстояние от сферы за точки наблюдения.Пусть на поверхности сферы известная скорость потока и она задана в виде:u r  a  u 0  f (t ) ,(3)Тогда, используя Фурье-преобразование, можно получить:u (t ) um e iwmt ,(4)где2  u0  f t   eiwt dtT 0Tum По известному закону изменения скорости потока на поверхности огненногошара RОШ и используя (2), (4), можно определить динамические параметрывзрывной нагрузки в любой точке пространства.

Соотношения для давления искорости имеет следующий вид:ikaeiwm t   r  a  / c  um P  pc      c  1  ik ma r/am 1m M2Um Mm 1m MPm 1m,(5)Pm 1  ikmr pcikr .На рис. 6 проведено сравнение результаты расчёта по разработанной методикес данными экспериментальных исследований.13Из рисунки 6, следует, что результаты эксперимента достаточно хорошосогласуются с расчётными значениями и разработанная методика достаточно точноописывает динамические параметры взрыва.Рисунок 6 - Зависимостьизбыточного давления отвремени при взрывномгорении1 – эксперимент;2 – расчет.Дляподтвержденияработоспособностипредлагаемойметодикибылопроведено сравнение с результатами расчета по методикам других авторов.

Нижеприведен расчет взрывного давления при дефлаграционном взрыве 1000 кг пропана.Исходные данные были приняты такими же, как в примере, приведенном вмонографии «Аварийные взрывы газовоздушных смесей в атмосфере» и решеннымс применением теории Тейлора о движении сплошного поршня.Предполагается, что в результате взрыва сформировался огненный шар срадиусом RОШ = 24,98 м, а максимальная скорость пламени достигала WМАКС = 97м/с. Параметры взрыва определялись на расстояниях: 24,98; 36,32; 51,05; 71,29;100,73; 146,63; 240,69; 500,90 м от места взрыва.

Результаты расчетов сведены втаблицу 1.Таблица 1. Сравнение результатов расчётов избыточного давленияR, м24,9836,3251,0571,29100,73 146,63 240,69 500,90Результаты расчета, приведенные в монографииPМАКС, кПа12,3510,287,875,864,252,951,880,961,590,76Результаты расчета по разработанной методикеPМАКС, кПа15,3110,537,495,373,802,6114Из таблицы 1 следует, что результаты расчета по тестируемой методикеудовлетворительно согласуются с данными полученными по эмпирическойметодике, описанной в монографии.В четвертой главе «Пример расчета и особенности формирования взрывныхнагрузок при аварийных выбросах горючих веществ» по разработанной программепроведена серия вычислительных экспериментов для определения основныхпараметров аварийных взрывов при утечке горючих веществ.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.Приведенывариантыразвитияаварий,сопровождаемыхвзрывомнеоднородной смеси. Предполагается, что на начальной стадии взрыва скоростьпламени минимальна и равна WМИН, т.е. 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 периодически возрастает до WМАКС, а потом уменьшается до WМИН, т.е.происходит периодическое ускорение и замедление пламени.

Характеристики

Список файлов диссертации