Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование последствий взрыва облака топливно-воздушной смеси. Учебное пособие
.pdf
Рис. 4.3. Расчетные зависимости ∆Рфр/Р0
R
от приведенного радиуса
0
Значение импульса фазы сжатия на заданном расстоянии определяется по графику, изображенному на рис. 4.4, который отражает зависимость импульса от приведенного расстояния. Значение приведенного импульса можно рассчитать по формуле [5]
i
0
i
2
PE
0
.
(4.6)
1/3
Следовательно, значение импульса фазы сжатия можно по найденному приведенному значению рассчитать по формуле [5]
1/3
2
iPE
i
91
0
(4.7)
.
0
R
Рис. 4.4. Расчетная зависимость
от приведенного расстояния
i
Следует учитывать, что данный метод расчета параметров ВУВ
при разрушении сосудов под давлением дает верхнюю оценку параметров, а в случае для дефлаграционного взрыва определяет наиболее
вероятностную оценку. В качестве расчетного значения внутреннего
избыточного давления на момент разрушения сосудов под давлением
принимается умноженное на коэффициент 1,2 избыточное давление
опрессовки сосудов, например для
железнодорожных цистерн, значение давления опрессовки составляет 2,4 МПа. Для дефлаграционных
взрывов внутреннее избыточное давление принимается равным фактической прочности сосуда, определяемой предельной расчетной величиной внутреннего избыточного давления, при котором сосуд разрушается. Если же такие данные отсутствуют, то на основании результа-
Р
тов гидравлических испытаний принимается, что
равно 40 кПа.
фр
Пример расчета
Требуется определить значения избыточного давления и импульса
фазы сжатия при взрыве ресивера объемом 6,8 м
92
3
, находящегося на
расстоянии 10 м. Известно, что в ресивере содержался азот под давле-
R
R
ние Р = 1,013 МПа и температуре Т =300 К.
Решение
1. По данным таблицы определим значение дробной части показа-
теля адиабаты. Так как давление в сосуде составляло 1,013 МПа или
10 атм, а температура 300 К, то значение дробной части равно 417.
2. Рассчитаем значение показателя
= 417 / 1000 + 1 = 1,417.
1
адиабаты
:
1
Так как значение показателя адиабаты попало в диапазон от 1,33 до
1,47, то для расчета параметров ВУВ можно воспользоваться графиком, изображенном на рис. 4.1.
3. По формуле (4.2) рассчитаем значение потенциальной энергии
взрыва:
()
VP P
p
Е
10
11,41
1
6,8(1, 013 10 101, 3
63
10 )
71
14,9
МПа
4. По формуле (4.4) рассчитаем значение радиуса сферического со-
суда:
rV
0,62 6,80,62 1,17.
p
1c/31/3
5. По формуле (4.3) рассчитаем значение приведенного радиуса
1/3
P
Rr
0c
0
E
101, 3 10
14,9 10,0
1/3
3
6
1,17
222.
6. По формуле (4.6) рассчитаем значение приведенного расстояния
1/3
P
RR
0
E
101, 3 10
10
14,
910
1/3
3
6
1, 89
.
7. В соответствии с разделом 2.5 определим молярную массу азота:
= 28 г/моль = 28 кг/кмоль.
.
:
0
:
93
8. По формуле (4.1) определим скорость звука в газе внутри сосу-
R
R
R
:
да
1
Т
91,18 355,3 м/с91,18
1
11
1, 4 17 30 0
28
.
9. Определяем координаты искомой точки:
22
/ (355 / 340) 1, 09 / 1013 /1( ) 01, 3 10.РР
10 10
10. По рис. 4.1 определим кривую, ближайшую к координатам ис-
комой точки. Определим, что ближайшей кривой оказывается линия с
числом 2. Следовательно,
/2.РР
фр 0
11. По графикам, изображенным на рис. 4.3, определим точку с ко-
ординатами
= 0,222 и
0
/2.РР
фр 0
12. Выберем кривую ближайшую к данной точке. Получим третью
снизу.
13. Спускаясь к оси абсцисс параллельно выбранной кривой, дохо-
дим до значения
равного значению приведенного расстояния, т. е.
,
0
до абсциссы 1,89.
14. По оси ординат для данной точки определим соотношение
/,РР
фр 0
получим 0,15. Следовательно, на расстоянии 10 м от места
взрыва избыточное давление во фронте ВУВ составит:
0,15 15,19 кПа.РР
фр 0
15. Значение импульса фазы сжатия определяется с помощью гра-
фика, показанного на рис. 4.4. Для этого по оси абсцисс отложим
рассчитанное значение приведенного расстояния
= 1,89, а по оси
ординат снимем значение приведенного импульса сжатия. Получим
2
1, 6 10 .i
16. По формуле (4.7) рассчитаем искомое значение размерного им-
пульса фазы сжатия:
1/3
22626
iPE
i
0
0
1, 6 1 0 ( 0, 10 1 1 0 ) 1 4, 9 1
340
94
1/3
0
24,
9 Па с.
Задание для самостоятельного решения
Требуется определить параметры ВУВ в соответствии с заданным
вариантом.
Номер
варианта
Вещество
Р
, атм Т1, К Vp, м3 R, м
1
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Аммиак
Ацетилен
Воздух
Пропан
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Аммиак
Ацетилен
Воздух
Пропан
Аммиак
Ацетилен
Водород
Пропан
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
10
100
300
300
270
300
320
280
300
360
500
500
300
500
400
300
600
400
530
320
500
600
2,3
4,5
6,7
4,8
8,6
3,8
5,6
2,8
6,8
4,6
8,2
4,5
6,7
4,8
8,6
3,8
5,6
2,8
6,8
4,6
10
12
14
16
18
20
10
12
14
16
18
20
10
12
14
16
18
20
10
12
95
Глава 5
РАСЧЕТ КИТНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЛЕТЯЩИХ ПРЕДМЕТОВ ПРИ ВЗРЫВАХ
Наряду с учетом действия ВУВ на строительные конструкции объекта необходимо принимать во внимание возможность воздействия
летящих предметов (первичных и вторичных осколков). Если первичные осколки образуются при разрушении оболочек резервуаров, то
вторичные имеют двоякую природу: незакрепленные предметы (стоящие или лежащие блоки, плиты и оборудование), вовлеченные в движение
тропередач и элементы трубопроводов и т. д.), но разрушенные ВУВ и
также вовлеченные в ее движение.
опасных расстояниях при воздействии опасных факторов, образующихся при взрыве баллонов с сжиженным газом. Хорошо видно, что
разлет
чением взрыва, несет реальную угрозу на значительных расстояниях.
Расчетные безопасные расстояния при воздействии опасных факторов [7]
Волна сжатия взрыва 35...40 55...60 70...75 80...85 90...95
Тепловое излучение 612162025
Разлет осколков 85 140 190 250 300
объектов необходимо уметь рассчитывать не только характеристики
взрывных волн, но кинетические параметры летящих осколков, возни-
при ВУВ, закрепленные ранее предметы (столбы линий элек-
Для наглядности в табл. 5.1 приведены расчетные данные о без-
осколков, наряду с давлением в волне сжатия и тепловым излу-
Таблица 5.1
Безопасные расстояния, м
Опасные факторы
1 5 12 27 50
Объем баллона с газом, л
Поэтому для определения безопасных расстояний расположения
96
кающих при разрыве емкостей и резервуаров. Исходными данными
для последующего расчета прочности конструкций, испытывающих
воздействие ВУВ, являются: масса, скорость и размеры летящего
предмета, площадь контакта в момент удара.
5.1. Расчет скоростей осколков, образующихся
при взрыве сферических и цилиндрических оболочек
При расчете кинематических параметров летящих предметов при
взрыве допускается:
– все осколки, возникающие при разрушении резервуаров высокого
давления, одинаковы;
– при разрушении резервуаров цилиндрической формы осколки
разлетаются в противоположные стороны вдоль оси симметрии резервуара и имеют удлиненную форму;
– стенки резервуара имеют равномерную толщину;
– цилиндрическими резервуарами считаются те, у которых соот
ношение длины к диаметру равно или больше 10;
– при соотношении длины резервуара к его диаметру равным 1, резервуар считается сферическим;
– внутри сосуда могут находиться азот, аргон, водород, воздух, гелий или двуокись углерода;
– давление в резервуаре может превышать 1 МПа;
– для сосудов, изготовленных из вязкопластичных материалов,
например из дюралюминия, число
до 10, для прочных резервуаров, например из нержавеющей стали, количество осколков принимается больше 100, а для каменной кладки и
хрупких материалов, например стекла, количество осколков может
быть весьма велико. При этом все осколки принимаются одинаковыми
по размеру и массе.
Для определения скорости осколков, образующихся при взрыве
цилиндрических и
ющие данные:
– внутреннее давление резервуара;
– объем резервуара;
– массу оболочки;
– абсолютную температуру газа в начальный момент времени;
– скорость звука в газе при температуре в начальный момент взрыва.
сферических резервуаров, необходимо знать следу-
осколков принимается равным от 2
-
97
Для расчета скорости летящих осколков первоначально определя-
Р
М
P
ется приведенное давление [5]:
()
PPV
M
00
1
C
(5.1)
,
2
Т
.
0
где
– давление внутри резервуара, кПа;
Р
– атмосферное давление, кПа;
0
V
– объем резервуара, м3;
0
– масса оболочки, кг;
С
– скорость звука в газе при температуре
1
P
Рассчитав значение приведенного давления, по графикам, представленным на рис. 5.1, определяем соответствующее значение приве-
денной скорости
U [5].
Рис. 5.1. Графики зависимости приведенной скорости U
осколков от приведенного давления
Для этого выбираем форму разорвавшегося сосуда и количество
образовавшихся при взрыве осколков n. Количество осколков n выбирается исходя из материала стенок сосуда по условию, при котором
98
для сосудов, изготовленных из вязкопластичных материалов, число
осколков принимается равным от 2 до 10, для прочных резервуаров
количество осколков принимается больше 100.
По определенному с помощью графиков значению приведенной
скорости рассчитывается требуемая скорость осколков [5]:
.UU
(5.2)
1
Следует учитывать, что в расчетных формулах (5.1) и (5.2) атмосферное давление
нем моря
ОБ
Р
определяется с учетом высоты места над уров-
0
,h
а скорость звука
зависит от температуры и рассчи-
1
тывается по формуле адиабатического приближения [5]:
Т
где
91,18 ,
1
– показатель адиабаты газов, находящихся под давлением
1
11
(5.3)
(табл. 5.2);
Т
– температура газа в сосуде в момент его разрушения;
1
– молекулярный вес газа в сосуде (табл. 5.3).
Значение атмосферного давления в зависимости от высоты места
можно определить с помощью графиков, представленных на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Зависимость атмосферного давления Р
от высоты места над уровнем моря
99
h
ОБ
0
Значения показателя адиабаты
, зависящие от температуры и из-
1
быточного давления, определяются с помощью табл. 5.2 [5].
Таблица 5.2
Значения дробной части показателя адиабаты γ1 горючих компонентов
Газ
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Двуокись
углерода
Температура
Т, К
300
500
1000
300
500
600
270
300
500
300
500
700
300
400
600
Давление
1 10 100 1 10 100
401
391
341
670
668
667
410
405
397
396
366
337
393
254
214
атм
417
396
342
697
676
673
413
406
397
414
371
339
352
276
229
Р,
566
437
347
960
753
721
427
417
398
599
420
353
–
630
291
Газ
Аммиак
Ацетилен
Воздух
Пропан
Окись
углерода
Температура
Т, К
320
400
530
280
300
320
300
600
300
360
400
600
280
400
600
Давление
атм
308
410
277
315
230
23
247
339
233
299
221
273
402
418
376
379
143
–
109
147
097
174
069
074
280
424
400
406
600
331
Р,
-
-
333
-
-
-
571
404
-
-
-
150
698
494
409
В табл. 5.2 приведены значения дробной части
при определен-
1
ных значениях Р и Т. Чтобы получить искомое значение, необходимо
представленную в таблице дробную часть разделить на 1000 и прибавить единицу. Следует учитывать, что среди реальных газов только
гелий в диапазоне температур от 273 до 1473 К не подчиняется зако-
номерностям данной таблицы. В указанном диапазоне
гелия посто-
1
янен и равен 1,67.
Молярный вес газа определяется с помощью либо таблицы
Д.И. Менделеева, либо значений молярного веса некоторых газов, указанных в табл. 5.3.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]