Классификация ожидаемого режима взрывного превращения

Известны два основных режима протекания быстропротекающих процессов - детонация и дефлаграция [11]. Для оценки параметров действия взрыва возможные режимы взрывного превращения ТВС разбиты на шесть диапазонов по скоростям их распространения, причем пять из них приходятся на процессы дефлаграционного горения ТВС, поскольку характеристики процесса горения со скоростями фронта меньшими 500 м/с имеют существенные качественные различия.
Ожидаемый диапазон скорости взрывного превращения определяется с помощью экспертной табл. 22.2 в зависимости от класса горючего вещества и вида окружающего пространства [12].

Таблица 22.2

 

Экспертная таблица для определения режима взрывного превращения

Класс	Вид окружающего пространства
горючего
вещества	Ожидаемый диапазон скорости взрывного превращения

Ниже приводится разбиение режимов взрывного превращения ТВС по диапазонам скоростей.
Диапазон 1. Детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и больше.
Диапазон 2. Дефлаграция, скорость фронта пламени 300-500 м/с.
Диапазон 3. Дефлаграция, скорость фронта пламени 200-300 м/с.
Диапазон 4. Дефлаграция, скорость фронта пламени 150-200 м/с.
Диапазон 5. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением [12]:

V = k М , (2)

где k - константа, равная 43.
Диапазон 6. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением [12]:

 

V = k М , (3)

где k - константа, равная 26.
Для дальнейших расчетов необходимо оценить агрегатное состояние топлива смеси. Предполагается, что смесь гетерогенная, если более 50% топлива содержится в облаке в виде капель, в противном случае ТВС считается газовой. Провести такие оценки можно исходя из величины давления насыщенных паров топлива при данной температуре и времени формирования облака. Для летучих веществ, таких, как пропан при температуре +20°С, смесь можно считать газовой, а для веществ с низким давлением насыщенного пара (распыл дизтоплива при +20°С) расчеты проводятся в предположении гетерогенной топливно-воздушной смеси. После того как определен вероятный режим взрывного превращения, рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление P и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака.

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению [13,14]:
R = R/(E/P ) . (4)

Примечание. Все соотношения также могут быть записаны в функциях аргумента = 100R/E . При принятых в Методике допущениях между R и существует простая связь: =2,15R .
Далее рассчитываются безразмерное давление P и безразмерный импульс фазы сжатия I .
В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам [15]:

ln(P ) = -1,124 - 1,66ln(R ) + 0,26 (ln(R )) ± 10 %; (5)
ln(I ) = -3,4217 - 0,898ln(R ) - 0,0096 (ln(R )) ± 15 %. (6)

Зависимости (5) и (6) справедливы для значений R , больших величины R = 0,2 и меньших R = 24. В случае R < 0,2 величина P полагается равной 18, а в выражение (6) подставляется значение R = 0,142.

Далее вычисляются величины P ии I , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (5),

(6), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (7), (8). Окончательные значения P и I выбираются из условий:
P = min(P , P ); I = min(I , I ). (11)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины.
P = P PP; (12)

I = I (P ) E /υ . (13)

2. Определение дополнительных характеристик взрыва ТВС

Характерный профиль ударной волны при взрыве ТВС показан на рис. 2.

 

Рис. 22.2 Характерный профиль ударной волны

Ниже показано, как определяются количественные характеристики дополнительных параметров ударной волны.

 

2.1.Параметры падающей волны при детонации облака газовой смеси

Параметры падающей волны при детонации облака газовой смеси рассчитываются по следующим соотношениям [16-20].

Амплитуда фазы сжатия

ln( P /P ) = 0,299 - 2,058ln + 0,26(ln ) . (14)

Амплитуда фазы разрежения

ln( P_/P ) = -1,46 - 1,402ln + 0,079(ln ) . (15)

Длительность фазы сжатия

ln(10 /E ) = 0,106 + 0,448ln - 0,026(ln ) . (16)

Длительность фазы разрежения

ln(10 _/Е ) = 1,299 + 0,412ln - 0,079(ln ) . (17)

Импульс фазы сжатия

ln(I /E ) = -0,843 - 0,932ln - 0,037(ln ) . (18)

Импульс фазы разрежения

ln(I_/E ) = -0,873 - 1,25ln + 0,132(ln ) . (19)

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением
P(t, ) = P (sin( (t - )/ _)/sin(- / t_))exp(-K t/). (20)

Декремент затухания в падающей волне рассчитывается по соотношению
K = 0,889 - 0,356ln + 0,105(ln ) .
2.1. Параметры отраженной ударной волны

Для расчета параметров отраженной волны при ее нормальном падении на преграду используются следующие соотношения.
Амплитуда отраженной волны давления

ln( P /P ) = 1,264 - 2,056ln + 0,211(ln ) . (21)

Амплитуда отраженной волны разрежения

ln( P _P ) = -0,673 - 1,043ln + 0,252(ln ) . (22)

Длительность отраженной волны давления

ln(10 /E ) = -0,109 + 0,983ln - 0,23(ln ) . (23)

Длительность отраженной волны разрежения

ln (10 _/E ) = 1,265 + 0,857ln - 0,192(ln ) . (24)

Импульс отраженной волны давления

ln(I /E ) = -0,07 - 1,033ln + 0,045(ln ) . (25)

Импульс отраженной волны разрежения

ln(I _/E ) = -0,052 - 0,462ln - 0,27(ln ) . (26)

Общее время действия отраженных волн на мишень

ln(10 ( + _)/E ) = 1,497 + 0,908ln - 0,404(ln ) . (27)

Форма отраженной волны с описанием фаз сжатия и разрежения с хорошей для практических целей точностью может быть описана соотношением

PP (t, ) = P (sin( (t - )/ _)/sin(- )/ _))exp(-K t/ ). (28)

Декремент затухания в отраженной волне рассчитывается по соотношению

K = 0,978 - 0,554ln + 0,26(ln ) . (29)
Соотношения (14)-(29) справедливы при значениях до 51,6.

2.2. Параметры волны при произвольном режиме сгорания

Импульсные характеристики падающих и отраженных волн не зависят от скорости взрывного превращения. Интенсивность и длительность действия ударных волн при 1 рассчитываются по соотношениям предыдущего раздела. Возможность таких оценок основана на сравнении опытных данных с фактическими сведениями об авариях.