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
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить максимальное давление во фронте воздушной ударной волны при дефлаграционном взрыве в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
Вещество R, м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
20
30
40
50
60
70
80
90
20
30
40
50
60
70
80
90
20
50
30
70
3.3. Расчет параметров воздушной ударной волны
при взрыве ГВС и ТВС в подземном резервуаре
Взрывы ГВС или ТВС по своей физической природе аналогичны
взрывам облака ГВС или ТВС в воздухе. Но при определении параметров образующейся ударной волны необходимо учитывать не только
81
тип газа, объем резервуара и расстояние от него, но еще и толщину
р
R
слоя грунта, толщину стенок резервуара, плотность грунта и материала, из которого изготовлен аварийный резервуар. Тогда избыточное
давление во фронте образовавшейся ударной волны можно рассчитать
по формуле [5]
2,07
3
V
P В
37,5 ,
фстх
3
Р
р
R
(3.21)
здесь
3
V
где
B
– эмпирический коэффициент, равный 3,46 для углеводород-
Р
р
hd
гр ст
,
(3.22)
ст
гр
ных газовоздушных смесей;
– плотность стехиометрической смеси вещества (табл. 2.8),
стх
V
– объем резервуара, м3;
кг/м
3
;
– расстояние от эпицентра взрыва, м;
h
– толщина слоя грунта, м;
гр
D
– толщина стенок резервуара, м;
ст
– плотность материала резервуара, кг/м3;
ст
– плотность грунта, кг/м3.
гр
Пример расчета
Требуется определить избыточное давление во фронте ударной
волны, образовавшейся при взрыве подземного резервуара с пропаном,
на расстоянии 15 м от эпицентра взрыва. Известно, что резервуар
объемом 40 м
плотность грунта и материала резервуара составляла соответственно
1850 и 7800 кг/м
3
находился на глубине 2 м, толщина его стенок 5 мм,
3
.
82
1. По табл. 3.3 определим стехиометрическую плотность пропана.
2. По формуле (3.22) находим значение В:
3
V
B
р
hd
гр ст
ст
гр
3
40
2510
3
1850
7800
1, 7 .
3. По формуле (3.21) рассчитываем значение избыточного давления
ударной волны на расстоянии 15 м от эпицентра взрыва:
2,07
3
V
P В
37,5
фстх
37,5 3,46 1,315
Р
3
3
3
р
R
2,07
40
15
10,2 кПа.В
Варианты задания для самостоятельной работы
Требуется определить значение избыточного давления во фронте
ударной волны при взрыве подземного резервуара в соответствии с
заданным вариантом.
,
Номер
варианта
Вещество
V
м
р
3
R, м ∆h
,м dст,
гр
мм
ρст,
кг/м
ρ
,
гр
3
кг/м
3
1
2
3
4
5
6
7
8
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
20
30
40
50
60
70
80
90
83
10
15
20
25
10
15
20
25
1
2
3
4
5
2
3
4
2
2700
3
7870
4
4520
5
2700
4
7870
5
4520
4
2700
5
7870
1750
1800
1400
2700
1950
1750
1800
1400
Номер
варианта
Вещество
Окончание таблицы
,
V
м
р
3
R, м ∆h
,м dст,
гр
мм
ρст,
кг/м
ρ
,
гр
3
кг/м
3
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
9
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
100
20
30
40
50
60
70
80
90
100
60
70
10
15
20
25
10
15
20
25
10
15
20
25
5
1
2
3
4
5
2
3
4
5
2
3
4
4520
2
2700
3
7870
4
4520
5
2700
4
7870
5
4520
4
2700
5
7870
5
4520
4
2700
3
7870
2700
1950
1750
1800
1400
2700
1950
1750
1800
1400
2700
1950
84
Глава 4
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВУВ ПРИ РАЗРУШЕНИИ
РЕЗЕРВУАРОВ СО СЖАТЫМ ГАЗОМ
Для расчета параметров воздушной ударной волны, возникающей
при взрыве резервуаров со сжатым газом, необходимо знать следующие данные [5]:
;Р
– давление газа в момент разрушения сосуда или резервуара
– скорость звука в газе внутри сосуда
– атмосферное давление
– скорость звука в воздухе
;Р
0
.
0
;
1
Расчет и оценка параметров ВУВ проводится графоаналитическим
методом по определенному порядку и алгоритму. Экспресс-метод определения параметров ВУВ проводится с использованием графиков зави-
симостей
()/(/),f РР
2
10 10
представленных на рис. 4.1 и 4.2 [5].
1
Рис. 4.1. Зависимость (1/0)2 от Р1/Р0 при различных
значениях ∆Р
для газов с γ1 = 1,4
фр/Р0
85
На этих рисунках рядом с каждой кривой стоит число, соответ-
ствующее определенному значению отношения
/.РР
фр 0
Поэтому
процедура определения параметров ВУВ сводится к нахождению кри-
2
вой, ближайшей к точке с координатами
/; ( ).)/(РР
10 10
Таким
образом, для того чтобы определить параметры ВУВ, необходимо
Р
знать значения давления газа в сосуде на момент взрыва
.
скорости звука в газе внутри сосуда
1
и значение
1
Скорость звука в газе можно определить по формуле адиабатического приближения [5]:
Т
где
– показатель адиабаты газа в сосуде;
1
Т
– температура газа в сосуде в момент его разрушения;
1
– молярный вес газа в сосуде.
91,18 ,
1
11
(4.1)
Рис. 4.2. Зависимость (1/0)2 от Р1/Р0 при различных
значениях ∆Р
Значения показателей адиабаты
для газов с γ1 = 1,4
фр/Р0
зависят от температуры и избы-
1
точного давления. Определяются значения
86
с помощью табл. 4.1 [5].
1
Таблица 4.1
Значения дробной части показателя адиабаты некоторых газов
Давление Р,
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
–
–
333
–
–
–
571
404
–
–
–
150
698
494
409
Газ
Азот 300
Аргон 300
Водород 270
Кислород 300
Двуокись
углерода
Температура
Т, К
500
1000
500
600
300
500
500
700
300
400
600
Давление Р,
атм
1 10 100 1 10 100
401
417
566
391
396
437
341
342
347
670
697
960
668
676
753
667
673
721
410
413
427
405
406
417
397
397
398
396
414
599
366
371
420
337
339
353
393
352
254
276
630
214
229
291
Газ
Аммиак 320
Ацетилен 280
Воздух 300
Пропан 360
Окись
–
углерода
Температура
Т, К
400
530
300
320
600
300
400
600
280
400
600
В табл. 4.1 приведены значения дробной части показателя адиаба-
газов в сосуде при некоторых значениях давления Р (атм) и тем-
ты
1
пературы Т (К). Чтобы с помощью данной таблицы получить искомое
значение показателя адиабаты, необходимо разделить значение
найденной дробной части адиабаты на 1000 и прибавить к полученному результату единицу.
Следует учитывать, что подобный метод определения параметров
ВУВ осуществляется только в
тех случаях, когда значение
находит-
1
ся в интервалах от 1,33 до 1,47 и от 1,58 до 1,75.
87
Пример расчета
Требуется определить максимальное давление во фронте воздушной ударной волны, образовавшейся при взрыве сосуда со сжатым азотом, если известно, что давление в сосуде составляет 10 атм, температура газа равна 300 К, а скорость звука в воздухе составила 340 м/с.
Решение
1. По данным табл. 4.1 определим значение показателя адиабаты
1
Для азота, находящегося под давлением 10 атм и при температуре
300 К, значение показателя адиабаты составит
= 417 / 1000 + 1 = 1,417.
1
Так как значение показателя адиабаты входит в диапазон от 1,33 до
1,47, то значение ∆Р можем определить с помощью графиков, представленных на рис. 4.1.
2. По таблице Д.И. Менделеева определим молярную массу азота μ:
μ = 28 кг/кмоль.
3. По формуле (4.1) определим скорость звука в газе внутри сосуда:
.
Т
91,18 355 м/91,18 с28.
1
11
4. Определим значения соотношений
/ 10, ( / ) 1,09.РР
10 1 0
1, 417 300
(/ )РР
10
2
и
2
/:()
10
5. По осям, показанным на рис. 4.1, отложим найденные значения и
определим ближайшую к точке с данными координатами кривую
/РР
.
ф 0
Так как ближайшая кривая имеет цифровое обозначение 2, то
2 202,6 кПа.РР
ф 0
88
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить максимальное значение избыточного давления во фронте ВУВ, образовавшейся при взрыве резервуара со сжатым
газом в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
Газ Р
, атм Т1, К
1
, м/с
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Азот
Аргон
Водород
Кислород
Азот
Аргон
Водород
Кислород
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
1
10
100
10
100
300
300
270
300
500
500
300
500
100
600
500
700
300
300
270
300
500
500
300
500
335
340
345
350
355
335
340
345
350
355
335
340
345
350
355
335
340
345
350
355
Если же значение
находится вне интервалов от 1,33 до 1,47 и от
1
1,58 до 1,75, то для определения параметров ВУВ рекомендуется ис-
пользовать следующий расчетный метод, принимаемый для ее оценки
в следующих случаях:
– при разрушениях сосудов со сжатым и сжиженным газом, нахо-
дящимися под высоким давлением;
89
– при дефлаграционном взрыве газо- или паровоздушных смесей в
R
R
R
емкостях, не рассчитанных на повышенное внутреннее давление.
Для расчетов параметров ВУВ по данному методу необходимо:
во-первых, по формуле, приведенной ниже, рассчитать значение
потенциальной энергии взрыва сосуда [5]:
()
VP P
10
p
где
V
– фактически объем сосуда, м3;
р
Е
1
во-вторых, рассчитываем приведенный радиус
P
Rr
0c
,
(4.2)
1
[5]:
0
1/3
0
,
(4.3)
E
r
где
– радиус сферического сосуда объемом, равным
с
V
.
р
Значение радиуса сферического сосуда можно определить по фор-
муле
rV
c
в-третьих, рассчитаем приведенное расстояние
RR
1/3
0,62 ;
p
1/3
P
0
E
(4.4)
[5]:
,
(4.5)
где R – расстояние от объекта до источника взрыва.
И, наконец, в-четвертых, с помощью графиков, представленных на
Р
рис. 4.3, определяется значение
рис. 4.3 определить точку с координатами
. Для этого необходимо на
фр
Далее из
/; .R РР
фр 00
этой точки проводится кривая, параллельная ближайшей к ней кривой,
изображенной на рисунке. Значение
пересечении построенной кривой с линией
90
фр 0
будет находиться на
/РР
= const.
0
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]