Расчёт основных параметров взрыва

 

При взрыве газовых смесей протекает кинетическое горение в замкнутом объѐме.

 

Давление, развиваемое при взрыве газовых смесей, рассчитывается по формуле, кПа

Р взр	Р 0 Т взр		n пр	,	(72)
Т 0
		n исх

где Р ₀ – начальное давление взрывчатой смеси, Па; Т ₀–начальная температура взрывчатой смеси,К; Т _взр–температура взрыва,К;

 

n _пр–число кмолей продуктов сгорания после взрыва; n _исх–число кмолей горючей смеси до взрыва.

 

Для большинства горючих веществ Р _взр равно 600 – 1000 кПа. При взрыве горючих смесей с чистым кислородом Т _взр резко возрастает и Р _взр может достигать 6000 кПа.

 

Наименьшее Р _взр на НКПРП и ВКПРП 300 кПа, что объясняется низкой температурой взрыва: на НКПРП Т _взр 1550 К, а на ВКПРП Т _взр 1100 К. Наибольшие Т _взр и Р _взр - при концентрациях, близких к стехиометрической.

 

ПРИМЕР: Рассчитать давление при взрыве смеси водорода с воздухом притемпературе 20 ^оС, если смесь была сжата до давления 600 кПа. Температура взрыва 1300 К.

 

Решение:

1. Записываем уравнение реакции горения водорода в воздухе:

Н₂ + ½ (О₂ + 3,76 N₂) = Н₂О + ½· 3,76 N₂.

2. Определяем сумму числа кмолей исходных веществ и продуктов взрыва:

n _исх = 1 + ½ + ½ · 3,76= 3,38 (кмоль); n _пр = 1 + ½ · 3,76= 2,88 (кмоль).

3. По формуле рассчитываем давление взрыва смеси:

Р взр	Р 0 Т взр		n пр		600 1300		2,88	2268 кПа.
Т 0		n исх		3,38

Ответ: давление взрыва сжатого водорода2268кПа

 

 

Давление взрыва используют при расчѐтах взрывоустойчивости аппаратуры, предохранительных клапанов, взрывных мембран и оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.

 

При распространении взрывных волн в воздухе, при взаимодействии их с препятствиями происходят быстрые изменения давления, плотности, температуры и других параметров. Наиболее изученными являются невозмущѐнные каким-либо препятствием волны в воздухе. Такие волны называют падающими или проходящими. Структура подобных волн показана на рис. 4.

 

 

Рис. 4. Структура идеальной падающей взрывной волны:

1 – положительная фаза (фаза сжатия);

2 – отрицательная фаза (фаза разрежения).

Здесь Р ₀ – давление окружающей среды до прихода ударной волны, Па; t_а –время прихода взрывной волны в данную точку,с;

Р_s –максимальное избыточное давление в падающей взрывной волне,Па Т_s –время,за которое давление в точке прихода взрывной волны

возвращается к исходному Р₀, с;

i_s –импульс падающей взрывной волны,Па с;Для отражѐнной волны:

 

Р_r –избыточное давление отражѐнной волны,Па; i_r –импульс отражѐнной волны,Па с.

 

Для расчѐтов параметров взрывной волны вводится параметр расстояния Z

Z RW 1 / 3,

(73)

где R – расстояние от центра взрыва до заданной точки, м; W –масса взрывчатого вещества,кг.

 

ПРИМЕР: Сферический заряд ТНТ массой27кг взрывается при стандартныхатмосферных условиях. Найти параметры падающей и нормально отражѐнной от препятствия взрывной волны на расстоянии R =

 

30 м от центра взрыва.

 

Решение:

1. Найдѐм параметр расстояния Z для R = 30 м

Z	R	1 / 3		10 (м / кг1/3).
	W

2. С помощью номограммы № 2 найдѐм параметры падающей взрывной волны:

На шкале Z находим значение 10¹ и ведѐм вертикальную прямую вверх до

пересечения с кривой P_s, после чего ведѐм перпендикуляр на ось P_s. и находим P_s =10⁴Па.

 

Аналогично ищем пересечение с кривыми i_s /W ^1/3, t_a /W ^1/3, T_s /W ^1/3 и на соответствующих шкалах находим их значения. Для этого определяем цену деления и количество делений. При этом i_s /W ^1/3 = 25 Па с/кг^1/3 (цена

деления = (10²-10¹):12=7,5 Па с/кг^1/3, 2 деления);

t_a /W ^1/3= 0,021 с/кг^1/3(цена деления = (10^-1–10^-2):12=7,5 10^-3,1,5 деления);

T_s /W ^1/3 = 5,5 10^-3с/кг^1/3(цена деления 7,510^-4, 6 делений). Отсюдазначения i_s, t_a, T_s составят соответственно 75 Па с; 0,063 с, 0,0165 с.

3. С помощью номограммы №3 аналогично определяем параметры отражѐнной ударной волны:

 

Р_r = 2,5 10⁴Па; i_r /W ^1/3 = 55 с/кг^1/3,отсюда i_r = 165 Па с. Ответ: i_s = 75 Па с; t_a =0,063 с; T_s = 0,0165 с; P_s =10⁴Па;

Р_r = 2,5 10⁴Па; i_r = 165 Па с.

 

 

 

Рис. 5. Номограмма № 2 для определения параметров падающей (невозмущѐнной) взрывной волны ТНТ

 

 

 

 

Рис. 6. Номограмма № 3 для определения параметров взрыва за нормально отражѐнной взрывной волной ТНТ

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В заключение следует отметить, что по мере развития научно-технического прогресса вопросы пожаровзрывобезопасности приобретают всѐ большее значение. Появляются всѐ новые полимерные материалы, пожароопасность которых выше материалов природного происхождения. Методы количественной оценки пожаровзрывоопасности веществ и материалов в конкретных условиях, знание безопасных условий эксплуатации оборудования на пожароопасных объектах, знание критических значений показателей пожарной опасности веществ и материалов необходимы для будущих специалистов МЧС при принятии правильных научно-обоснованных решений в чрезвычайных ситуациях.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Русинова Е.В. Теория горения и взрыва:курс лекций. /Е.В.Русинова. –Екатеринбург. УрИ ГПС МЧС России, 2009 – 175 с.

 

2. Русинова Е. В. Теория горения и взрыва:учебное пособие/Е.В.

Русинова. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2011 – 178 с.

 

3. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. справ. / А. Н. Баратов [и др.] - М.: Химия, 1990.- Ч. 1-2.

 

4. Гайнуллина Е.В. Теория горения и взрыва:информационно-справочный

 

материал. / Е.В. Гайнуллина, О.В. Беззапонная – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2010 – 52 с.

 

5. Физика взрыва / под ред. Л. П. Орленко.- 3-е изд.- В 2 т. - М.: Физматлит,

2004.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Приложение 1