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
Избыточное давление во фронте детонационной волны в пределах
–,Р
R
g
R
R
облака ТВС определяется как
где
дет дет 0
Р
– атмосферное давление, кПа.
0
РР
(3.6)
За пределами облака ТВС образуется воздушная ударная
волна (УВ), избыточное давление во фронте которой и длительность
,
фазы сжатия являются функцией расстояния
,Е
гии взрыва
перешедшей в ВУВ. Энергия взрыва (Дж) рассчиты-
УВ
R, причем
r
и энер-
0
вается по формуле [5]
h – доля полной энергии взрыва, перешедшей в ВУВ;
где
q
– объемная удельная энергия взрыва стехиометрической смеси,
V
кДж/м
3
(табл. 3.3).
Е hq V
2,
УВ ТВС
V
(3.7)
Долю полной энергии взрыва, перешедшей в воздушную ударную
волну, рассчитывают по формуле [5]
1
g
1
2
P
1
h
Избыточное давление во фронте
сжатия
воздушной ударной волны рассчитываются в зависимости
1
0
P
дет
Р
(кПа) и длительность фазы
фр
. (3.8)
от значения приведенного расстояния (м/кДж), которое можно определить по формуле [1]
1/3
RRE
. (3.9)
УВ
Для расчета избыточного давления во фронте волны используются
следующие формулы [1]:
– при 0,05 <
≤ 0,068
6
4,68
71
0, 49;Р
1, 227 10
(3.10)
– при 0,068 < R ≤ 0,31
R
R
R
R
R
– при 0,31 <
4,96 0,974 0,146
4,156
(3.11)
;Р
1,7
(3.12)
23
RR
.Р
Для расчета длительности фазы сжатия применяются формулы [1]:
– при 0,052 ≤
– при
≥ 0,434
< 0,434
0,323 ;R Е
(3.13)
0,0209 6, 634 .R Е R
3
3
УВ
УВ
1,5
(3.14)
Пример расчета
Требуется определить параметры воздушной ударной волны, образовавшейся при взрыве облака ТВС на расстоянии 50 м от объекта. Известно, что облако образовалось при разгерметизации резервуара с
сжиженным бутаном массой 50 000 кг при температуре воздуха 20 °С.
Решение
1. По табл. 3.2 определим долю массы исходного горючего веще-
ства в облаке ТВС:
0,1.
2. По данным табл. 3.3 определим значения молярной массы газа m
и значение концентрации стехиометрической смеси в облаке ТВС
:С
стх
58; 3,13 %.m С
стх
72
3. По формуле (3.3) рассчитаем объем полусферы облака ТВС или
R
ГВС:
2240
МТ
V
ТВС
mСТ
стх 0
2240 0,1 50 000 293
т
58 3,1 27
54 м
3
66 8 ( )
3
4. По данным табл. 3.3 определим значения показателя адиабаты
,g
исходной смеси
удельной массовой энергии взрыва
1
удельной объемной энергии взрыва
(кДж/м ):
q
V
3
q
(кДж/кг) и
m
.
1, 270; 2776 кДж/кг; 3684 кДж/м .
gq q
1
mV
3
5. По формуле (3.5) рассчитаем давление во фронте детонационной
волны в пределах облака ТВС:
Р gq
2,586( 1) 2,586(1, 270 1)2776 1903 (кПа).
дет 1
m
6. По формуле (3.8) рассчитаем долю полной энергии взрыва, пе-
решедшей в воздушную ударную волну:
1
g
1
2
11
h
P
P
дет
g
1
0
2101,
1.903
3
1,270 1
1,270
0,98
7. По формуле (3.7) рассчитаем энергию взрыва:
Е hq V
2 2 0,98 3684 66 854 482728,666 кДж.
УВ ТВС
V
8. По формуле (3.9) рассчитаем значение приведенного расстояния:
1/3
1/3
УВ
50 482728 0,66 м/кДж.,7RRE
9. Так как значение приведенного расстояния больше чем 0,31, рас-
чет избыточного давления
Р
проводится по формуле (3.12)
фр
4,96 0,974 0,146 4,96 0,974 0,146
фр
R
23 2 3
R
0,66
73
0,66 0,66
10,3 кПа.Р
10. По формуле (3.14) рассчитаем значение импульса фазы сжатия:
0,0209 6,634
3
R Е R
УВ
1,5
0,0209 0,66 482728,7 6, 634 0, 66 19,4 кПа/мс.
3
1,5
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить параметры воздушной ударной волны при
взрыве облака ТВС 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
Любое облако ТВС или ГВС, за исключением быстро рассасываю-
щихся водородновоздушных облаков, под действием ветра переносит-
Вещество М
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
, кг R, м Т, °С
т
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
80 000
90 000
100 000
50 000
50
60
40
70
100
50
60
40
70
100
120
140
160
180
190
200
150
160
120
50
10
15
20
25
30
10
15
20
25
30
10
15
20
25
30
10
15
20
25
30
74
ся от центра его образования на определенное расстояние ∆L. Величи-
A
я
рсия
у
k
A
F
на такого переноса рассчитывается по формуле [1]
1/
k
r
0
(3.15)
,
a
r
где
– радиус облака, м;
0
0, 44
L
a и k – коэффициенты, зависящие от наиболее вероятной устойчи-
вости состояния атмосферы на аварийном объекте.
Состояние атмосферы можно определить с помощью табл. 3.4 [1].
Таблица 3.4
Классификация и характеристика устойчивости атмосферы
Класс
устойчи-
вости
атмосферы
B
C
D
E
F
Характеристика устойчивости
атмосферы
Очень сильно развитая конвекци
Неустойчивое состояние, умеренная
конвекция
Слегка устойчивое состояние, слабая
конвекция
Нейтральное состояние
Почти устойчивое состояние, слабая
инверсия
Устойчивое состояние, умеренная инве
Состояние
атмосферы
Солнечно и жарко
Солнечно и тепло
Переменная
облачность днем
Облачно
Переменная
облачность ночью
Ясная ночь
Типич-
ная
скорость
ветра,
м/с
1
2
5
5
3
2
По классу устойчивости атмосферы можно определить значение
коэффициентов a и k (табл. 3.5).
Таблица 3.5
Значение коэффициентов a и k
Класс
стойчивости a
B
C
D
E
0,43
0,26
0,20
0,13
0,08
0,05
0,89
0,92
0,92
0,92
0,94
0,94
75
С учетом сноса облака под действием ветра эффективное расстоя-
R
R
ние, т. е. расстояние от потенциального источника возникновения воздушной ударной волны до рассматриваемой точки на объекте r определяется из условия [1]
r
0( ).
RL
(3.16)
(),
LR L
Пример расчета
Требуется определить значение эффективного расстояния до облака ТВС, если известно, что выброс газа произошел в облачную погоду
на расстоянии 50 м от объекта, объем облака составил 66 854 м
3
, а ве-
тер перенес его в сторону объекта.
Решение
1. По данным табл. 3.4 определим класс устойчивости атмосферы.
Так как выброс произошел в облачную погоду, то класс устойчивости
атмосферы принимается как класс D.
2. По данным табл. 3.5 определим значения коэффициентов a и k:
a = 0,13; k = 0,92.
3. По формуле (3.4) рассчитаем радиус облака ТВС:
3
0,78 0, 78 66 85 40, 6 м4.rV
0 ТВС
3
4. По формуле (3.15) рассчитаем величину сноса облака ТВС под
действием ветра:
1/
0, 44
L
a
k
r
0
0,44 40,6,6
0,1
1/0,92
03.
3
5. По формуле (3.16) определим значение эффективного расстояния
от объекта до облака ТВС:
r
0( ).
RL
(),
LR L
Так как ∆L < R, то r = 50 – 6 = 44 м.
76
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить эффективное расстояние от места взрыва до
объекта при сносе облака ТВС под действием ветра 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
При расчете параметров ВУВ от дефлаграционного взрыва следует
учитывать, что амплитуда волны будет значительно меньше по амплитуде, чем при детонационном взрыве, но больше по длительности. Поэтому нагрузки от ВУВ дефлаграционного взрыва принимаются как
квазистатические для строительных конструкций, и для оценки воздействия волны достаточно рассчитать только ее максимальное
ние. Максимальное давление также является функцией расстояния
Класс устойчивости
атмосферы
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
B
C
R, м V
10
15
20
30
35
40
45
50
10
15
20
30
35
40
45
50
10
40
45
50
ТВС
500
600
650
350
780
900
450
730
940
680
500
600
650
350
780
900
450
730
940
680
, м3
давле-
77
()
R
R
PR
за пределами облака, которое для наземного дефлаграционно-
m
го взрыва полусферического облака рассчитывается по формуле [1]
P
где
() ,
PR
m
11
Р
– максимальное избыточное давление ВУВ в пределах об-
max
max
R
G
R
ог
H
(3.17)
лака, кПа;
–радиус облака после окончания горения, м;
ог
G и H – константы уравнения (табл. 3.6), зависящие от соотноше-
ния скорости фронта пламени и скорости звука при нормальных условиях.
Максимальное избыточное давление ВУВ в облаке рассчитывается
по формуле [5]
2
w
a
0
PP
2,1 ,
max 0
1
(3.18)
w
a
0
где w – скорость фронта пламени, м/с;
а
– скорость звука в воздухе при нормальных условиях, равная
0
340 м/с;
Р
– атмосферное давление, кПа.
0
Считается, что при аварийных дефлаграционных взрывах значение
скорости фронта пламени соответствует интервалу 100…200 м/с. При
расчетах значение w принимается либо на основе дополнительной информации, либо равным 200 м/с.
Радиус облака после окончания горения
определяется по фор-
ог
муле [5]
3
,R
ог
(3.19)
78
где σ – степень расширения продуктов взрыва, определяемая как
С
где
С
– концентрация ТВС соответствующая нижнему концен-
нк пв
нк пв
44 ,
С
(3.20)
стх
трационному пределу воспламенения;
С
– концентрация ТВС соответствующая стехиометрическому
стх
составу смеси.
Таблица 3.6
Значение констант G и H
w/a
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0
G
H
0,588
1,146
0,567
1,146
0,687
1,0
0,546
1,048
0,467
1,14
Пример расчета
Требуется рассчитать значение максимального избыточного давления во фронте ВУВ за пределами облака ТВС при дефлаграционном
взрыве метана на расстоянии 50 м от источника взрыва, если известно,
Р
что взрыв произошел при нормальных условиях, т. е.
а
w = 200 м/с,
= 340 м/с.
0
= 101,3 кПа,
0
Решение
1. Рассчитаем отношение
/w а
для заданной скорости распро-
0
странения фронта пламени и скорости звука:
/ 200 / 340 0, 56 ~ 0,6.w а
0
2. По данным табл. 3.6 определяем значение констант уравнения G
и H:
G = 0,467; H = 1,14.
79
3. По данным табл. 3.3 выбираем значения
R
тана:
С
нк пв
и
С
стх
для ме-
С
нк пв
= 5;
С
стх
= 9,45.
4. По формуле (3.20) определим значение степени расширения
продуктов взрыва
С
44 44 6,1.
нк пв
С
стх
5
9, 45
5. По формуле (3.19) рассчитаем радиус облака после окончания
горения
ог
:
3
3
ог
6,1 1,8.R
6. По формуле (3.18) рассчитаем максимальное избыточное давле-
ние в облаке ТВС:
2
w
a
PP
2,1 2,1 101,3 47
max 0
0
w
1
a
0
2
0,6
10,6
,9 кПа.
7. По формуле (3.17) определим максимальное давлении во фронте
ВУВ за пределами облака ТВС:
P
()
PR
m
11
max
ог
H
1 0,467 1
80
R
G
R
47,9
50
1
1,14
2,3 кП,8а.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]