3.3. Вибухи паливно-повітряних сумішей

Вихідні дані

№	Позначення	Одиниці виміру	Значення
1	Паливо – повітряна суміш	формула	C8H18
2	Маса речовини, Мп	кг	60
3	Концентрація газової речовини в ППС, Сп	кг/м3	0,1
4	Відстань від епіцентру вибуху, R	м	11
5	Корегуючий параметр, β чут	-	0,65

Розрахунок

Паливно-повітряна хмара, що утворюється при різних техногенних аваріях, за наявності джерела займання може загорітися, причому в залежності від розмірів хмари, властивостей суміші, параметрів поверхні розповсюдження, може мати місце як дефлаграційне (швидкість поширення полум'я менше швидкості звуку), так і детонаційне (швидкість поширення полум'я більше швидкості звуку) горіння.

Розрахунок наслідків аварійного вибуху паливно-повітряної суміші (ППС).

Визначаю ефективний енергозапас ППС:

Е_еф = М_п · q_г при с_п ≤ с_стх ;

або Е_еф = М_п · q_г∙с_стх/с_п при с_п >с_стх ,

де Е_еф – ефективний енергозапас ППС, Дж; М_п – маса пального газу, яка міститься в хмарі, кг; q_г – питома теплота згорання газу, Дж/кг; с_п – кон-центрація паливної речовини в хмарі ППС, кг/м³; с_стх – стехіометрична концентрація речовини у суміші з повітрям, кг/м³.

Стехіометрична концентрація пальної речовини в ППС с_стх розраховую за формулою:

с_стх,

с_стх % об

де = п_с+ – стехіометричний коефіцієнт кисню в рівнянні реакції горіння (п_с, п_н, п₀, n_Г – кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального).

= 8+(18-0)/4-0/2=12.5

Для переводу концентрації з об'ємних % в [кг/м³] використовую співвідношення: с [кг/м³] = 0,01 с [% об.]·ρ₀, де ρ₀ – густина речовини, кг/м³.

с [кг/м³] = 0,01 с [% об.]·ρ₀=0,01*1,626*790,8 = 12.85854 кг/м³

Питома теплота згорання пального газу q_г в ППС розраховую за формулою:

q_г = 44 β_чут, МДж/кг.

q_г = 44*0,65= 28,6 МДж/кг.

Корегуючий параметр β_чут визначаю за табл. 1.2.[1]

Ефективний енергозапас ППС при с_п >с_стх :

Е_еф = М_п · q_г = 28,6*60 = 1716 МДж

Визначити швидкість вибухового перетворення хмари ППС.

З умови: вид навколишнього простору 2, згідно з табл. 1.2[1] ацетон відноситься до 3 класу за коефіцієнтом чутливості

Згідно табл. 1.3[1] ацетону відповідає 3 діапазон швидкостей, для якого характерна детонація та швидкість фронту полум'я 200...300 м/с;

Оцінка агрегатного стану ППС.

Попередньо розраховую приведену відстань:

,

де R^* − приведена відстань; Е_еф – ефективний енергозапас ППС, Дж; Р₀ – нормальний атмосферний тиск, Па.

Розраховую безрозмірні величини надмірного тиску Р^* та імпульсу фази стиснення І^* для детонація газової ППС:

У випадку детонації газової хмари розрахунки безрозмірного тиску Р^* і безрозмірного імпульсу Ι^* УХ здійснюються за формулами:

;

У випадку дефлаграції гетерогенної ППС розрахунок безрозмірного тиску Р₁^* й безрозмірного імпульсу I₁^* УХ розраховую за формулами:

;

,

де а − швидкість звука в повітрі (а = 330 м/с); σ – ступінь розширення продуктів згорання, (σ = 7 для газових сумішей); υ_ф – швидкість фронту полум’я, м/с.

,

Остаточне значення Р^* та І^* обираю з умов:

.

P^* = 0,4705, I^* = 0.0274

Після визначення безрозмірних величин тиску та імпульсу фази стиснення обчислюю відповідні їм розмірні величини за співвідношеннями:

, кПа ;

кПа

, кПа·с ,

кПа·с

де Р₀ = 101,3 кПа – атмосферний тиск.