9. ВЗРЫВ СИСТЕМЫ ВОДА-АЛЮМИНИЙ


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и науки
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

КАФЕДРА “ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ”








МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
к практическим занятиям
по курсу
«Системный анализ и моделирование процессов в
промышленной безопасности »

Практическое занятие № 9
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНОГО ВЗРЫВА
СИСТЕМЫ ВОДА-АЛЮМИНИЙ



















Москва,2015 г.

Практическое занятие № 9
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АВАРИЙНОГО ВЗРЫВА
СИСТЕМЫ ВОДА-АЛЮМИНИЙ


1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить термины и понятия, связанные с протеканием аварийного взрыва системы вода - сталь.
2. Ознакомиться с алгоритмом расчёта параметров взрыва.
3. Изучить возможные воздействия на человека сооружения образующейся ударной волны.
4. Исследовать влияние параметров взрыва на параметры ударной волны.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При разработке методики расчета энергии взрыва при взаимодействии с водой расплавов алюминия учитывалось выделение энергии в результате химической реакции между ними, а также в результате сгорания образовавшегося водорода за счет кислорода воздуха.
В начале расчета необходимо провести оценку достаточности количества воды для взаимодействия с массой металла, которая в соответствии с моделью аварии и заданной полнотой участия металла во взрыве, может принимать участие в энерговыделении. Для этого рассчитывается параметр С, определяемый для алюминия по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (9.1)
где ( - доля алюминия, принимающая участие в реакции в реакции.
Если С > 1, то тротиловый эквивалент взрыва рассчитывают по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (9.2)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - конечная температура воды (К), определяемая по формуле
13 EMBED Equation.3 1415 (9.3)
Qрм = 17602 кДж/кг – теплота реакции взаимодействия 1 кг алюминия с водой,
13 EMBED Equation.3 1415 = 13434 кДж/кг – теплота образования1 кг воды.
Если C < = 1, то рассчитывается параметр В по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415. (9.4)
Если В > = 1, то тротиловый эквивалент взрыва рассчитывается по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415. (9.5)
Если В < 1, то 13 EMBED Equation.3 1415 (К) рассчитывают по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 (9.6)
Если 13 EMBED Equation.3 1415 > 13 EMBED Equation.3 1415, то рассчитывается уточненное значение конечной температуры водяного пара по уравнению:
13 EMBED Equation.3 1415 (9.7)
Если рассчитанное значение 13 EMBED Equation.3 1415< 13 EMBED Equation.3 1415,то принимается, что 13 EMBED Equation.3 1415= 13 EMBED Equation.3 1415.
Далее рассчитывают тротиловый эквивалент взрыва по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, кг (9.8),
где 13 EMBED Equation.3 1415 – теплота, выделяющаяся в результате взаимодействия водорода, образующегося при реакции 1 кг металла с водой, с кислородом воздуха, кДж/кг.
Приведенная методика применима и для оценки силы взрыва при контакте с водой и других активных металлов, кроме магния и некоторых магниевых сплавов.
При попадании в воду расплавы магния и некоторых магниевых сплавов образуют пористые слитки, плавающие и горящие на поверхности воды. Замкнутые объемы в этом случае не возникают и последствия аварий определяются параметрами взрыва водородовоздушной смеси.

Зная величину тротилового эквивалента, можно найти величину давления во фронте ударной волны и степени разрушения производственного помещения, поражения персонала и т.д.
Имеется несколько наиболее часто используемых методик расчета избыточного давления во фронте ударной волны:
1. Формула, использованная в ряде зарубежных и отечественных работ для анализа последствий взрывов расплавов металлов:
13 EMBED Equation.3 1415P = 113,4 m + 185,9 m2 + 9,02 m3, кПа (9.9)
2. Формула для точечного взрыва:
13 EMBED Equation.3 1415P = 98,8 m + 147,4 m2 + 592,6 m3– 1,92, кПа (9.10)
3. Формула Садовского, используемая обычно при экспертизе последствий взрывов взрывчатых веществ:

13 EMBED Equation.3 1415P = 95 m + 390 m2 + 1300 m3, кПа (9.11)
4. Формула, приведенная в Нормах пожарной безопасности НПБ 107-97 для расчета поледствий взрывов наружных емкостей с взрывоопасными веществами:
13 EMBED Equation.3 1415Р = 80 m + 300 m2 + 500 m3 (9.12)
Во всех этих формулах dP – избыточное давление во фронте ударной волны, кПа,
m = Gтнт1/3 / (9.13)
где GТНТ – тротиловый эквивалент взрыва, кг,
R – расстояние от эпицентра взрыва, м.
При взрыве в ограниченном пространстве избыточное давление во фронте ударной волны в
соответствии с формулой Б.А. Олесова практически удваивается
, (9.14)

где - ветровое давление, определяемое скоростным напором
Степень поражения можно определить по таблице 9.1 с использованием формул таблицы 9.2

Таблица 9.1
Зависимость степени поражения (разрушения) от пробит-функции
Рпор,%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

0

2,67
2,95
3,12
3,25
3,38
3,45
3,52
3,59
3,66

10
3,72
3,77
3,82
3,87
3,92
3,96
4,01
4,05
4,08
4,12

20
4,16
4,19
4,23
4,26
4,29
4,33
4,36
4,39
4,42
4,45

30
4,48
4,50
4,53
4,56
4,59
4,61
4,64
4,67
4,69
4,72

40
4.75
4.77
4.80
4.82
4.85
4.87
4.90
4.92
4.95
4.97

50
5,00
5,03
5,05
5,08
5,10
5,13
5,15
5,18
5,20
5,23

60
5,25
5,28
5,31
5,33
5,36
5,39
5,41
5,44
5,47
5,50

70
5,52
5,55
5,58
5,61
5,64
5,67
5,71
5,74
5,77
5,82

80
5,84
5,88
5,92
5,95
5,99
6,04
6,08
6,13
6,18
6,23

90
6,28
6,34
6,41
6,48
6,55
6,64
6,75
6,88
7,05
7,33

99
7,33
7,37
7,41
7,46
7,51
7,58
7,65
7,75
7,88
8,09


Таблица 9.2
Выражения пробит-функций для разных степеней поражения (разрушения)


Степень поражения (разрушения)
Пробит-функция

Поражение человека

1
Разрыв барабанных перепонок
Pr = -12,6 +1,524ln 13EMBED Equation.31415Pф

2
Контузия
Pr = 5-5,74ln{4,2/(1+13EMBED Equation.31415Pф/P0)
+ 1,3/[I+/(P01/2. m1/3)]},
где m – масса тела, кг

3
Летальный исход
Pr = 5-2,44ln[7380/13EMBED Equation.31415Pф +
+1,9*106/(13EMBED Equation.31415Pф.I+) ],

Разрушение зданий

4
Слабые разрушения
Pr=5-0,26ln[(4600/13EMBED Equation.31415Pф)3,9 +
+ (110/I+)5,0 ]

5
Средние разрушения
Pr = 5-0,26ln[17500/13EMBED Equation.31415Pф)8,4 +
+ (290/I+)9,3 ]

6
Cильные разрушения
Pr = 5-0,22ln[(40000/13EMBED Equation.31415Pф)7,4 + (460/I+)11,3 ]


Импульс фазы сжатия
13 EMBED Equation.3 1415





3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
При выполнении работы необходимо:
1. Изучить основные понятия, связанные с взрывом системы вода-алюминий;
3. По заданным исходным данным ( табл. 9.3) провести численный эксперимент по исследованию:
- влияния массы металла (0,5ММЕ, ММЕ и 2 ММЕ) на величины избыточного давления и импульса фазы сжатия при взрыве системы металл - вода;
- влияния массы воды (0,5МН2О, МН2О и 2 МН2О) на величины избыточного давления и импульса фазы сжатия при взрыве системы металл - вода;
- влияния расстояния (0,5R; R; 2R) на величину избыточного давления и импульса фазы сжатия при взрыве системы металл – вода при расчете по разным формулам;
- для наибольших значений 13 EMBED Equation.3 1415Р и I+ определить вероятности различных степеней поражения человека и зданий.
- построить графические зависимости 13 EMBED Equation.3 1415Р =f(ММЕ); I+ =f(ММЕ); 13 EMBED Equation.3 1415Р =f(R); I+ =f(R).


4. ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Таблица 9.3
Варианты исходных значений

ММЕ,кг
МН2О, кг
R, м

1
10
15
10

2
11
16
15

3
12
17
20

4
13
18
10

5
14
19
15

6
15
20
20

7
16
21
10

8
17
22
15

9
18
23
20

10
18
24
10

11
20
25
15

12
21
26
20

13
22
27
10

14
23
28
15

15
24
29
20

16
25
30
10

17
26
31
15

18
27
32
10

19
28
33
15

20
29
34
20


При расчете принимать:
теплоемкость воды в интервале 0 – 100 0С равна СН2О = 4,19 кДж/(кг*К);
теплоемкость пара в интервале 100 – 500 0С равна СН2О = 2,0 кДж/(кг*К);
скрытая теплота плавления алюминия qПЛМЕ = 390 кДж/кг
температура плавления алюминия ТПЛМЕ = 660 0С



5.ЛИТЕРАТУРА
1.Кузнецов О.В. Разработка методов прогнозирования и предотвращения последствий взрывов при аварийном взаимодействии расплавленного металла с водой и кислородосодержащими материалами. Диссертация на соис. уч. ст. к.т.н., М: МИСиС, 2001.
2. Anderson R.P., Armstrong D.R. Comparison between vapor explosion models and recent experimental results // AIChE Symposium Series 138, Volume 70, Heat Transfer -Research and Design, pp. 31 - 37.
3. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. - М.: Изд-во физико-математической литературы. - 1959. - 800 с.
4. Адушкин В.В., Гарнов В.В., Христофоров Б.Д. Крупномасштабный взрыв как модель аварийного взрывы // Безопасность труда в промышленности. - 1999.- № 10. - с. 21.
5. 92. НПБ 107-97. Определение категорий наружных установок по пожарной опасности. М.: Главное управление Государственной противопожарной службы МВД России. - 1997. -19 с.












13PAGE 15


13PAGE 14615




13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 2081990
    Размер файла: 151 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий