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
Окончание таблицы
x
R
Номер
варианта
13
14
15
16
17
18
19
20
Вещество M
Этанол
Метанол
Керосин
Нитрометан
Дихлорэтан
Этилнитрат
Метилацетилен
Бензол
, кг r, м
г
2000
3000
2500
1000
4000
2500
3000
6000
40
50
60
70
90
100
80
90
2.4. Определение дополнительных параметров
падающей и отраженной ВУВ при детонации
облака газовой смеси
Для определения дополнительных параметров воздушной ударной
волны, образовавшейся при взрыве ТВС, необходимо знать и представлять ее характерный профиль, который показан на рис. 2.1 [4].
Рис. 2.1. Характерный профиль ударной волны
при взрыве
Дополнительные параметры ударной волны рассчитываются отдельно для падающей волны и для отраженной. Для удобства все соотношения записываются не через безразмерное расстояние, а в функци-
ях параметрического размера
безразмерным расстоянием через соотношение
.
Параметрический размер связан с
пар
2,15 .
31
пар
Так, дополнительные параметры падающей волны при детонации
облака газовой смеси
1, 3 14)
(при
– амплитуда фазы сжатия:
– амплитуда фазы разряжения:
– длительность фазы сжатия:
– длительность фазы разряжения:
– импульс фазы сжатия:
пар
ln ( / ) 0,299 2,058ln 0,26(ln ) ;PP
ln ( / ) 1, 46 1, 402 ln 0,079(ln ) ;PP
51/3 2
ln 10 / 0,106 0, 448ln 0,026(ln ) ;E
51/3 2
ln 10 / 1,299 0, 412ln 0,079(ln ) ;E
рассчитывают по следующим соотношениям
[4]:
2
0 пар пар
0 пар пар
пар пар
пар пар
(2.18)
2
(2.19)
(2.20)
(2.21)
где
ln / 0,843 0,932ln 0, 037(ln ) ;IE
– импульс фазы разряжения:
ln / 0,873 1, 25l (n0,132ln),IE
P
– амплитуда волны давления, Па;
P
– атмосферное давление, Па;
0
– длительность фазы сжатия, с;
– длительность фазы разряжения, с;
Е – эффективный энергозапас в облаке ТВС, Дж;
I
– импульс фазы сжатия, Па с;
I
– импульс фазы разряжения,
1/3 2
1/3 2
32
пар пар
пар пар
Па с.
(2.22)
(2.23)
При этом форму падающей волны с описанием фаз сжатия и раз-
ряжения можно описать соотношением [4]
sin / / sin( / )
(( ) )
t
t – время процесса, с.
где
В формуле (2.24) введена новая величина
крементом затухания, т. е. величина, обратная числу колебаний, по
истечении которых амплитуда уменьшается в
декремент
,
() ,
Pt P
пар
K
в падающей волне рассчитывается по формуле
i
e
xp ( / )
Kt
i
,iK
которая является де-
е раз. В данном случае
(2.24)
Дополнительные параметры
ющие при её падении на преграду, можно рассчитать по следующим
выражениям [4]:
– амплитуда отраженной волны давления:
– амплитуда отраженной волны разряжения:
– длительность отраженной волны давления:
– длительность отраженной волны разряжения:
– импульс отраженной волны давления:
ln / 1,264 2,056ln 0, 211 ln ;
ln / 0,673 1,403ln 0, 252 ln ;
ln 10 / 0,109 0,983ln 0, 23 ln ;
ln 10 / 1, 265 0,857 ln 0,192 ln ;
ln / 0, 07 1,033ln 0, 045 ln ;
0,889 0,356 ln 0,105(ln ) .
K
i
PP
PP
51/3
51/3
IE
r
0
r
0
r
rE
rE
1/3
пар пар
отраженной ударной волны, возника-
2
(2.25)
2
(2.26)
2
(2.27)
2
(2.28)
2
(2.29)
2
(2.30)
33
– импульс отраженной волны разряжения:
ln / 0,052 0, 462ln 0, 27 ln ;
– общее время действия отраженных волн на мишень:
разряжения соотношением [4]
ношению
где
только при значениях
ln 10 / 1,497 0,908ln 0,404 ln .
Форму отраженной волны можно описать с учетом фаз сжатия и
Декремент затухания в отраженной волне рассчитывается по соот-
P
r
P
– амплитуда отраженной волны разряжения, Па.
r
Следует учитывать, что выражения (2.17) – (2.33) справедливы
IE
51/3
Pt P Kt
, exp /
rr rr
– амплитуда отраженной волны давления, Па;
1/3
r
rr
K
E
sin /
0,978 0,554 ln 0,26 ln ,
r
пар
t
rr
sin /
rr
до 51,6.
2
2
(2.31)
2
. (2.33)
(2.34)
(2.32)
Пример расчета
Требуется определить дополнительные параметры падающей ВУВ
на расстоянии 150 м от взрыва 100 кг этилена, выброшенного в воздух
при разгерметизации сосуда, если известно, что взрыв произошел в
цехе, геометрические характеристики окружающего пространства которого относятся к первому виду, т. е. к загроможденному пространству.
Решение
1. Определим агрегатное состояние облака ТВС.
Так как этилен при температуре 20 °С является летучим веществом, то топливно-воздушная смесь является газовой.
34
2. Рассчитаем стехиометрическую концентрацию этилена в облаке
х
в соответствии с пунктом 2.6:
nn
C
HX
423,42
n
100 100
ст
14,84 14,8
n
0
43
40 0
2
6, 4 % 0, 0
3
78 кг/м .C
3. В соответствии с разделом 2.7 или по данным табл. 3.3 опреде-
С
лим концентрацию этилена в облаке ТВС. Принимаем
табл. 3.3) равной нижнему концентрационному пределу, т. е. равной
3,0 %, или 0,04 кг/м
3
.
(по данным
г
4. По данным табл. 2.1 определим значение корректировочного параметра. Для этилена, относящегося к второму классу опасности,
β = 1,07.
:q
5. По формуле (2.3) рассчитаем теплоту сгорания газа
44 44 1, 07 47, 08 МДж/кг.q
г
г
6. Рассчитаем эффективный энергозапас облака ТВС. Так как
СС
гст
,
расчет проводим по формуле (2.1):
100 47,08 4708 МДж.EMq
гг
7. В соответствии с разделом 2.2 определим режим взрывного превращения облака ТВС. По данным табл. 2.2 получаем, что взрыв облака этилена относится к первому классу, т. е. при взрыве происходит
его детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с
и более.
8. Для заданного расстояния по формуле (2.7) определим безразмерное
расстояние:
R
x
r
( / ) (4,7 10 /101 300)
1/3 9 1/3
EP
0
150
4, 2.
9. Определим параметрический размер:
2,15 9,03.
R
пар
x
35
10. Определим дополнительные параметры падающей волны при
детонационном взрыве:
– амплитуда фазы сжатия:
2
ln( / ) 0, 299 2, 058ln 0, 26(ln )PP
0 пар пар
0, 299 2, 058 2, 2 0, 26 2, 22 2,98,
()/0,05,PP
0,05 101 325 5066 Па;P
– амплитуда фазы разряжения:
ln( / ) 1,46 1, 402ln 0, 079(ln ) 4,162,PP
0 пар пар
(/)0,02,PP
0,02 101 325 2026 Па;P
– длительность фазы сжатия:
51/3 2
ln 10 / 0,106 0, 448 ln 0,026(ln ) 0,9658,E
– длительность фазы разряжения:
10 / 2, 63,E
5
2,63(4708 106) / 10 0,04 с;
0
0
пар пар
1/3
1/3 5
2
ln 105 / 1,299 0, 412ln 0,079(ln ) 1, 823,E
1/3 2
51/3
10 / 6,19,E
6,19(4708 10 ) / 10 0,102 с;
пар пар
61/3 5
36
– импульс фазы сжатия:
ln / 0,843 0,932 ln 0, 037 ln 3,07,()IE
1/3 2
/0,05,IE
0,05 1663,7 83,2 Па/с;I
пар пар
1/3
– импульс фазы разряжения:
ln / 0,873 1, 25ln 0,132 ln 2, 9() 9,IE
1/3 2
0,05 1663,7 83,2 Па/с.I
пар пар
1/3
/0,05,IE
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить дополнительные параметры падающей и от-
раженной ВУВ в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Вещество M
Бутан
Ацетилен
Водород
Аммиак
Ацетон
Бензин
Пропан
Гексан
Сероуглерод
Этилен
Сероводород
Пропилен
Этанол
Метанол
, кг r, м
г
5000
1000
2000
3000
2500
1000
4000
2500
3000
6000
5000
1000
2000
3000
40
50
60
70
90
100
40
50
60
70
90
100
40
50
37
Окончание таблицы
Номер
варианта
15
16
17
18
19
20
Керосин
Нитрометан
Дихлорэтан
Этилнитрат
Метилацетилен
Бензол
Вещество M
, кг r, м
г
2500
1000
4000
2500
3000
6000
60
70
90
100
80
90
2.5. Определение молярной массы вещества
Молярной массой называется отношение массы вещества к количе-
ству молей этого вещества или, другими словами, масса одного моля
вещества.
Для того чтобы рассчитать молярную массу любого вещества, достаточно индекс, обозначающий количество атомов каждого элемента
вещества в одном моле (по химической формуле) умножить на молярную массу этого элемента и полученные произведения сложить
Таким образом, молярная масса вещества
М определяется по сумме
молярных масс, входящих в данное вещество элементов. По своему
определению молярная масса является характеристикой вещества, показывающая отношение массы вещества к количеству молей этого вещества. Молем же называется такое количество вещества, в котором
содержится
6,02 10 моль .N
А
6,02 10
23 1
23
частиц, т. е. равное постоянной Авогадро
Следовательно, моль является порцией ве-
щества, содержащего одно и то же количество частиц, но имеющую
разную массу для различных веществ, так как их атомы и молекулы
неодинаковы по массе. Значения атомных масс элементов можно взять
из Периодической таблицы Менделеева. Например, атомная масса углерода 12, следовательно, его молярная масса будет 12 г/
0,012 кг/моль. Молярная масса сложных молекул является суммой
масс, составляющих данные молекулы атомов. В системе СИ молярную массу следует выражать в килограммах на моль, но для проведения расчетов гораздо удобнее брать молярную массу в граммах на
моль или килограммах на киломоль.
.
моль, или
38
Пример расчета
Требуется определить молярную массу двуокиси углерода СО2.
Решение
1. По химической формуле двуокиси углерода СО2 определим ко-
личество атомов С и О.
2. По Периодической таблице Менделеева определим атомный вес
элементов.
3. Рассчитаем молярную массу СО2:
12 2 16 44 г/моль 44 кг/кмоль 0,044 г/моль.М
Варианты задания для самостоятельной работы
Определить молярную массу горючего вещества в соответствии с
заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Горючие газы Химическая формула
Этан
Метан
Ацетилен
Винилацетилен
Окись этилена
Бутан
Бутилен
Пропан
Этилен
Диметиловый эфир
Винилхлорид
Метиламин
Метантиол
Метилхлорид
Этилхлорид
Метилфторид
Неопентан
Изобутилен
Изобутан
Аммиак
С
С
С
С
CH
СН
CH
C
СН
С
С
С
СН
С
С
2Н4
С
С
С
2Н6
2Н3
2H5
С
NH
2Н6
2Н2
4Н4
4Н10
4Н8
3Н8
2Н4
5
4
Cl
3
3
5Н12
4Н8
4Н10
4
О
О
Сl
N
S
Cl
F
3
39
2.6. Расчет значения стехиометрической концентрации
С
горючего вещества в облаке ТВС
ст
Стехиометрическая концентрация горючих газов или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей рассчитывается по формуле [1]
– безразмерный стехиометрический коэффициент кислорода в
где
C
ст
100
14,84
, (2.35)
реакции горения. Рассчитывается данный коэффициент по формуле [4]
где
nn
n
C
HX
42
,n
,n
,n
С
Н
n
Х
– число составляющих молекулу вещества ато-
О
n
0
, (2.36)
мов углерода, водорода, галоидов и кислорода соответственно.
Пример расчета
Требуется определить стехиометрическую концентрацию паров
ацетона С3Н6О.
Решение
1. По химической формуле амилена в соответствии с формулой (2.4.2) рассчитаем безразмерный стехиометрический коэффициент
кислорода в реакции горения β:
nn
C
HX
42 42
n
n
0
60 1
34.
2. По уравнению (2.35) рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров амилена:
C
ст
100 100
14,84 14,8
40
4,9 %.
44
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]