Диссертация (1141556), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Значения максимальных избыточных давлений Pmax и Pm взависимости от видимой скорости пламени WW , м/сPmax ,кПаВС706,90,5761,02808,70,6150,9939010,80,6100,98710013,10,5861,02W , м/сPmax ,кПаВС11015,60,5681,0412018,20,5531,0613021,10,5671,0614024,10,5741,00W , м/сPmax ,кПаВС15027,40,5551,0316030,90,5411,03817034,60,5551,0418038,50,5391,05W , м/сPmax ,кПаВС19042,50,5501,0420046,80,5381,0621051,40,5281,0722056,10,5201,08W , м/с23024025026051Pmax ,кПаВС61,90,5131,0966,20,5191,0871,70,5141,0977,30,5091,103.2 Разработка методики по расчету взрывного давленияПриведем методику расчета динамических параметров нагрузок привнешнихдефлаграционныхвзрывах,основаннуюнаметодеФурье.Использование акустического или линейного приближения общих уравненийдвиженияжидкостиоснованонатомфакте,чтовидимыескоростираспространения пламени в большинстве дефлаграционных аварийных взрывахимеют малые (по сравнению со скоростью звука) значения и редко превышаютвеличины 150м/с, что более чем в два раза меньше скорости звука.

В этойситуации при определении динамических параметров взрыва вполне допустимоиспользовать акустическое или линейное приближение общих уравненийдвижения жидкости, которое (в силу линейности) удовлетворяет принципусуперпозиции и позволяет использовать метод Фурье [21].Тогда при расчете взрывных нагрузок можно использовать известное вакустике решение для поведения монополя в безграничном пространстве.Монополем в акустике называется сфера, имеющая радиус а, которая совершаетгармонические колебания с частотой ω [21]. Исходя из этих условий, наповерхности монополя (сферы с радиусом а) должно выполняться следующееусловие:u r  a  um  e iwt .(3.3)Из условия (3.3) легко определить внешнее звуковое давление иколебательную скорость для любого момента времени t и в любой точкепространства r:umdФikae iw t   r  a  / c 2P  p pc dtc (1  ika )r/a,(3.4)52p (1  ikr )dФdrpcikr ,uгдеk2 - волновое число (k2cT , T - характерное время);um - максимальнаяскорость на поверхности сферы ( r  a ); Ф - потенциал скорости потока; c скорость звука; r - расстояние от сферы до точки наблюдения [49].Тогда, если на поверхности монополя (сферы с радиусом а) задана скоростьпотока, например, в виде:u r  a  u 0  f (t ) ,(3.5)то, используя Фурье-преобразование, ее можно представить в виде ряда:u (t )   um  e iwmt ,2um  u  f t   eiwt dtT 0 0(3.6)Tгде.Тогда по известному закону изменения скорости потока на поверхностиогненного шара RОШ , который представляет собой поверхность монополя, сиспользованием выражений (3.4), (3.6) [21], легко определить динамическиепараметрывзрывнойнагрузкивлюбойточкепространства.Итоговыесоотношения для давления и скорости потока в любой точке пространства имеетследующий вид:ikaeiwm t  r  a  / c m M um P  pc       Pm c  1  ikmar/am 1m 1m M2U m Mm 1,(3.7)Pm 1  ikmr pcikr.В частности, при постоянной скорости распространения пламени - Wсоотношение (3.5) имеет наиболее простой вид:t2f (t )  u  2a20гдеu0  W (  1) c ( c W ) .приaatcW,(3.8)53Для более сложных зависимостей видимой скорости пламени от времениили от координаты следует использовать численные методы решения.Из курса акустики [71] известно (в частности, это следует из анализавыражения 3.7), что скорость потока, окружающего монополь, зависит ототношения расстояния от точки наблюдения до центра монополя (взрыва) - r кдлине волны возмущения -  , которая связана с характерным временем развитиявзрыва - T простым соотношением   с  T .

При малых расстояниях от меставозмещения (взрыва), т.е. при r   скорость потока убывает пропорциональноквадрату расстояния, а фазовый угол между давлением взрыва и скоростьюпотока составляет 90. В этом случае говорят о реактивном сопротивлении или оналичииприсоединенноймассы.Натакихрасстоянияхреализуетсянестационарное гидродинамическое течение несжимаемой жидкости, котороеудовлетворяет законам сохранения стационарных потоков.

Вдали от места взрыва(монополя) скорость волнового потока и избыточное давление находятся в фазе иреализуется волновое движение среды или акустические колебания.На рисунке 3.3 приведено сравнение результатов расчета параметроввзрывного давления в волне сжатия, полученных в результате расчетов поописанной выше схеме, и по эмпирической методике, основанной на результатахчисленных расчетов и используемой рядом авторов [24, 49, 99, 114]. Расчетыбыли проведены для радиуса огненного шара - Rг =78 м; и видимой скоростипламени - W=142 м/с.

Взрывное давление определялось на расстоянии R=230 м отместа взрыва.Из приведенного рисунка следует, что и для достаточно больших значенийвидимой скорости пламени наблюдается удовлетворительное совпадение междурасчетами, выполненными по акустической теории, с расчетами, выполненнымипо эмпирическим методикам.Приведенный выше метод, основанный на представлении огненного шара ввиде монополя и спектральном анализе взрывной нагрузки, удобен при54определении воздействия волны сжатия, формирующейся при аварийныхвзрывах, на людей, здания и сооружения.15Р, кПа101- расчет по эмпирическойметодике2 - расчет по акустическомуприближению1520t, с-5-1000.250.500.751.00Рисунок 3.3 - Динамические параметры избыточного давления, возникающегопри дефлаграционном взрыве, на расстоянии R=230 м от места взрыва.Приведенные выше выражения для давления и скорости волнового потокасправедливы для произвольного закона изменения скорости на поверхностиогненного шара, т.е.

для любого сценария развития аварийного взрыва. Кпреимуществам используемого метода следует отнести возможность определятьспектр нагрузки или вибрационную составляющую нагрузки, создаваемуювзрывом.Ниже приведены некоторые результаты тестирования используемой вдальнейшем методики расчета.Рассмотримрезультатыэкспериментальныхисследований[3,49]дефлаграционного взрыва в атмосфере. При испытаниях использоваласьследующая схема для моделирования взрывов в атмосфере. В легкой емкости(линейный размер емкости 0.35м) создавалась богатая пропановоздушная смесь, аперед взрывом она сбрасывалась. Внутри находились турбулизаторы в видевертикальных стержней.На рисунке 3.4 приведена экспериментальная осциллограмма взрывногодавления (кривая 1). Рассмотрим результаты расчета, выполненного по описанной55ранее методике, которые так же приведены на рисунке 3.4.

В качестве исходныхданных использовались данные, полученные в ходе эксперимента: минимальная(начальная) скорость пламени составляла WМИН=3м/с; максимальная скоростьпламени WМАКС=10м/с; радиус огненного шара (радиус продуктов взрыва)RОШ=0.34м; точка наблюдения или фиксирования взрывного давления ΔP(t) R=0.5м. Принятое в расчетах значение максимальной скорости пламени(WМАКС=10м/с) соответствует ускорению процесса горения на аналогичныхпрепятствиях.Рисунок 3.4 - Зависимость избыточного давления от времени при взрывномгорениипропановоздушной смеси. 1 – эксперимент; 2 – расчет.Расчетыбыливыполненыдляследующейзависимостискоростираспространения пламени W от текущего значения радиуса огненного шара R.При 0<R<АН*RОШ принималось, что видимая скорость пламени равна WМИН, т.е.интенсификацияпламенинаэтомучасткеотсутствует.ПриАН*RОШ<R<(АН+АП)*RОШ видимая скорость пламени увеличивается до WМАКС, апри (АН+АП)*RОШ=(1-АС)*RОШ<R<RОШ видимая скорость пламени уменьшаетсяот WМАКС до 0.

Были приняты следующие значения параметров: АН=0.65; АП=0.2;АС=0.15 (АН+АП+АС=1).56На рисунке 3.5 (зависимости с индексом 2) показаны динамическиепараметры огненного шара, динамика видимой скорости пламени и скоростныехарактеристики потока, сопровождающего взрыв.

По известному (заданному)закону изменения скорости фронта пламени от радиуса W(R) определяласьвременная зависимость скорости фронта пламени W(t) и скорость потока награнице огненного шара (R=а=RОШ), через которую определяется внешнееизбыточное давление взрыва.На рисунке 3.4 были приведены результаты расчета параметров взрывногодавления, выполненного по описанной ранее методике. Из рисунка 3.4, гдеприведено сравнение экспериментальной и расчетной зависимостей взрывногодавления от времени, следует, что разработанная методика достаточно точноописывает динамические параметры взрыва.Рисунок 3.5 - Динамические зависимости параметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потока на границе огненного шара.I – зависимость координаты фронта пламени от времени;II - видимая скорость распространения пламени от положения фронта пламени;III – зависимость видимой скорости распространения пламени от времени;IV - зависимость скорости потока на границе огненного шара от времени.57На рисунке 3.5 (зависимости с индексом 1) приведены динамическиепараметры огненного шара, динамика видимой скорости пламени и скоростныехарактеристики потока, сопровождающего взрыв, которые приняты в качествеисходных данных авторами методики [15, 67, 76].Для данных зависимостей динамических параметров потока был проведенрасчет избыточного давления в точке экспериментальной фиксации давления.Полученные в результате расчетов временные зависимости давления былисравнены с результатами предыдущего расчета, который, как это следует изрисунка 3.4, достаточно точно соответствует результатам эксперимента.Результаты двух указанных расчетов, описывающих взрывные явления,протекающие по двум различным сценариям, приведены на рисунке 3.6.Рисунок 3.6 – Расчетныезависимости избыточного давленияот времени при различныхсценариях сгорания газовоздушногооблака.1 – соответствует динамике фронтапламени с индексом 1 (рисунок 3.5);2 – соответствует динамике фронтапламени с индексом 2 (рисунок 3.5).Из приведенных результатов следует, что взрывное давление при аварийнойситуации зависит не только от максимальной скорости пламени, как этопредполагается в методиках [15, 67, 76] и [24], но и от сценария развития аварии.В этом смысле используемая нами методика более предпочтительна по сравнениюс методиками [15, 67, 76]и [24], на которые, в частности, ссылаются в РБ Г-05039-96 [77].58Как указывалось ранее, разработанная методика расчета параметровдефлаграционноговзрывапозволяетопределятьспектрнагрузкииливибрационную составляющую нагрузки, создаваемую взрывом.На рисунке 3.7 приведены расчетные спектры взрывной нагрузки для двухописанных ранее сценариев развития взрывной аварии.

Характеристики

Список файлов диссертации