Расчет и анализ поражающих факторов взрыва. Тема №2. Практическое занятие №2

1. Учебная дисциплина «Взрывобезопасность и технические средства противодействия терроризму»

Тема № 2
Практическое занятие № 2
Расчет и анализ
поражающих факторов взрыва

2. Учебные вопросы

1. Фугасное действие взрывных волн:
критические уровни избыточного
давления и импульса.
2. Разъяснение заданий к расчетнографической работе.

3.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В.
Взрывобезопасность. СПб.: Астерион, 2006. Гл. 2,
4, 6, 7, прил. 1.
2. РД 03-409-01. Методика оценки последствий
аварийных взрывов топливно-воздушных смесей.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др.
Взрывные явления. Оценки и последствия / Под
ред. Зельдовича Я.Б., Гельфанда Б.Е. М.: Мир,
1986. В 2 кн.

4.

5. Оценка последствий аварийного взрыва топливно-воздушной смеси (ТВС)

Исходные данные:
Агрегатное состояние ТВС (газовая или
гетерогенная);
Средняя концентрация CГ горючего вещества
в воздухе;
Стехиометрическая концентрация Сст
горючего газа;
Масса MГ горючего вещества в облаке;
Характеристики горючего вещества,
содержащегося в облаке ТВС;
Удельная теплота сгорания топлива qГ ;
Информация об окружающем пространстве
(степень загроможденности)

6.

Определение теплоты
сгорания горючего:
из справочных данных;
по оценочной формуле qГ =Ab, A=44 МДж/кг
Горючее
вещество
b
Горючее вещество
b
Аммиак
0,42
Метан
1,14
Ацетилен
1,1
Метиловый спирт
0,52
Ацетон
0,65
Окись углерода (CO) 0,23
Бензин
1
Пропан
1,05
Бензол
0,88
Сероводород
0,34
Бутан
1,04
Сжиж. природный
газ
1
Водород
2,73
ШФЛУ*
1
Дизельное
топливо
1
Этан
1,08
Изооктан
1
Этилен
1,07
* ШФЛУ –
широкая фракция
легких
углеводородов

7.

Определение эффективного
энергозапаса ТВС:
При С Г ССТ эффективный энергозапас E M Г qГ
При С Г ССТ
эффективный энергозапас E M Г ССТ qСТ q Г
При расчете параметров взрыва облака,
лежащего на поверхности земли,
величина эффективного энергозапаса
дополнительно удваивается:
E 2M Г q Г при С Г ССТ
E 2M Г ССТ qСТ q Г при С Г ССТ

8.

Определение ожидаемого режима
взрывного превращения:
1. Классификация горючих веществ по степени чувствительности
Класс 1 – особо чувствительные вещества
(размер детонационной ячейки менее 2 см).
Класс 2 – чувствительные вещества (размер
детонационной ячейки от 2 до 10 см).
Класс 3 – среднечувствительные вещества
(размер детонационной ячейки от 10 до 40 см).
Класс 4 – слабочувствительные вещества
(размер детонационной ячейки более 40 см).

9.

Определение ожидаемого режима
взрывного превращения:
1. Классификация
горючих веществ
по степени чувствительности
Вещества, отсутствующие в
таблице, ассоциируются с
известными веществами с
аналогичными свойствами,
а при отсутствии аналогов –
относятся к классу 1.
Горючее
вещество
Класс
Горючее
вещество
Класс
Аммиак
4
Метан
4
Ацетилен
1
Метиловый
спирт
3
Ацетон
3
Окись углерода
(CO)
4
Бензин
3
Пропан
2
Бензол
4
Сероводород
3
Бутан
2
Сжиженный
природный
газ
3
Водород
1
ШФЛУ
2
Дизельное
топливо
4
Этан
2
Изооктан
3
Этилен
2
Керосин
4
Этиловый спирт
3

10.

Определение ожидаемого режима
взрывного превращения:
2. Классификация окружающей территории
по степени загроможденности
1. Наличие длинных струй, полостей, каверн,
заполненных горючей смесью, при сгорании
которой можно ожидать формирований
турбулентных струй продуктов сгорания с
характерным размером не менее утроенной
величины детонационной ячейки данной смеси.
2. Сильнозагроможденное пространство: наличие
полузамкнутых объемов, высокая плотность
размещения технологического оборудования, лес,
большое количество повторяющихся препятствий.
3. Среднезагроможденное пространство: отдельно
стоящие технологические установки, резервуарный
парк.
4. Слабозагроможденное и свободное пространство.

11.

Определение ожидаемого режима
взрывного превращения:
3. Экспертная таблица
для определения режима взрывного превращения
Загроможденность окружающего пространства
Класс
чувствительности
горючего вещества
1
2
3
4
Ожидаемый диапазон
скорости взрывного превращения
1
1
1
2
3
2
1
2
3
4
3
2
3
4
5
4
3
4
5
6

12.

Определение ожидаемого режима
взрывного превращения:
4. Определение скорости взрывного превращения
Диапазон 1. Детонация или горение со скоростью
фронта пламени VГ =500 м/с и более.
Диапазон 2. Дефлаграция, VГ = 300-500 м/с.
Диапазон 3. Дефлаграция, VГ = 200-300 м/с.
Диапазон 4. Дефлаграция, VГ = 150-200 м/с.
Диапазон 5. Дефлаграция, V Г k1 M 1Г/ 6 (м/с).
Диапазон 6. Дефлаграция, VГ k 2 M 1Г/ 6 (м/с).
Здесь k1 = 43, k2 = 26.

13.

Параметры взрывной ударной волны
при детонации газовой ТВС:
Безразмерное расстояние до эпицентра взрыва по Сахсу:
Rx R E P0
1/ 3
, R – расстояние, м; P0 – атмосферное давление, Па
Безразмерное избыточное давление взрывной волны:
ln Px 1,124 1,66 ln R x 0,26 ln 2 R x
Безразмерный импульс положительной фазы:
ln I x 3,4217 0,898 ln Rx 0,0096 ln 2 Rx
Амплитуда и импульс взрывной волны:
P Px P0 ,
I I x P02 / 3 E 1 / 3 c0
, с0 – скорость звука в воздухе (340 м/с)
Примечание. При Rx<0,2 полагают Px =18, а значение Ix
рассчитывают, полагая Rx= 0,142

14.

Параметры взрывной ударной волны
при детонации гетерогенной ТВС:
Безразмерное расстояние до эпицентра взрыва по Сахсу:
Rx R E P0
1/ 3
, R – расстояние, м; P0 – атмосферное давление, Па
Безразмерное избыточное давление взрывной волны:
Px 0,125 R x 0,137 R x2 0,023 R x3
Безразмерный импульс положительной фазы:
I x 0,022 Rx
Амплитуда и импульс взрывной волны:
P Px P0 ,
I I x P02 / 3 E 1 / 3 c0
Примечание. При Rx<0,25 полагают Px =18, а Ix = 0,16

15.

Параметры взрывной ударной волны
при дефлаграции газовой или гетерогенной ТВС:
Безразмерное расстояние до эпицентра взрыва по Сахсу:
Rx R E P0
1/ 3
, R – расстояние, м; P0 – атмосферное давление, Па
Степень расширения продуктов сгорания:
s 7 для газовой, s 4 для гетерогенной смеси
Безразмерное избыточное давление взрывной волны:
Px1 VГ с0 s 1 s 0,83 Rx 0,14 Rx2
2
Px min Px1 ; Px 2 , где Px2 – безразмерное давление,
вычисленное по формуле для детонации
данной смеси:
ln Px 2 1,124 1,66 ln R x 0,26 ln 2 R x для газовой смеси,
Px 2 0,125 R x 0,137 R x2 0,023 R x3 для гетерогенной смеси

16.

Параметры взрывной ударной волны
при дефлаграции газовой или гетерогенной ТВС:
Безразмерный импульс положительной фазы:
I x1 V Г с0 s 1 s 1 0,4 s 1 V Г sс0 0,06 R x 0,01 R x2 0,0025 R x3
I x min I x1 ; I x 2 , где Ix2 – безразмерный импульс, вычисленный
по формуле для детонации данной смеси:
ln I x2 3,4217 0,898ln Rx 0,0096ln 2 Rx для газовой смеси,
I x 2 0,022 Rx
для гетерогенной смеси
Амплитуда и импульс взрывной волны:
P Px P0 ,
I I x P02 / 3 E 1 / 3 c0
Примечание. При Rx < 0,34 значения Px1 и Ix1
рассчитывают, полагая Rx = 0,34

17.

Оценка дополнительных характеристик
взрыва ТВС при детонации:

18.

Оценка дополнительных характеристик
взрыва ТВС:
Амплитуда фазы сжатия
P
ln(
P0
) 0.299 2.058 ln 0.26 ln 2
Импульс фазы разрежения
ln( I
E
2
)
0
.
843
0
.
932
ln
0
.
037
ln
1/ 3

19.

Оценка дополнительных характеристик
взрыва ТВС:
Амплитуда фазы разрежения
ln( P
P0
) 1.46 1.402 ln 0.079 ln 2
Импульс фазы разрежения
ln( I
E
2
)
0
.
873
1
.
25
ln
0
.
132
ln
1/ 3
Длительность фазы сжатия
ln( 105
E
1/ 3
) 0.106 0.448 ln 0.026 ln 2
Длительность фазы разрежения
ln( 105
E
1/ 3
) 1,299 0.412 ln 0.079 ln 2

20.

Параметры отраженной ударной волны:
Амплитуда отраженной волны сжатия
P
ln( r
P0
) 1.264 2.056 ln 0.211ln 2
Амплитуда отраженной волны разрежения
ln( Pr
P0
) 0,673 1.043 ln 0.252 ln 2
Длительность отраженной волны сжатия
ln( 105 r
E
2
)
0
.
109
0
.
983
ln
0
.
23
ln
1/ 3
Длительность отраженной волны разрежения
ln( 10 r
5
E
2
)
1
,
265
0
.
857
ln
0
.
192
ln
1/ 3

21.

Параметры отраженной ударной волны:
Импульс отраженной волны сжатия
ln( I r
E
2
)
0
.
07
1
.
033
ln
0
.
045
ln
1/ 3
Импульс отраженной волны разрежения
ln( I r
E
2
)
0
.
052
0
.
462
ln
0
.
27
ln
1/ 3
Общее время действия отраженных волн на мишень
ln( 105 ( r r )
E
2
)
1
.
497
0
.
908
ln
0
.
404
ln
1/ 3

22.

Оценка радиусов зон поражений:
1/ 3
KW
R
(1 (3180 / W ) )
2 1/ 6
W – тротиловый эквивалент взрыва
0.4 M Г q Г
W
6
0.9 4,5 10

23.

Уровни разрушения зданий:
Категория
повреждения
Характеристика повреждения здания
Избыточное
давление, кПа
Коэффициент
К
A
Полное разрушение здания
Больше 100
3,8
B
Тяжелые повреждения, здание
подлежит сносу
70
5,6
C
Средние повреждения, возможно
восстановление здания
28
9,6
D
Разрушение оконных проемов,
легкосбрасываемых конструкций
14
28,0
E
Частичное разрушение остекления
Меньше 2,0
56
Для определения радиуса смертельного поражения человека К=3,8

24.

Оценка поражающего действия:
1. Расчет вероятности повреждения стен промышленных зданий:
Pr1 5 0,26 ln V1
V1 17500 P
8, 4
290 I
9,3
, P – в Па, I – в Па•с
2. Расчет вероятности разрушения промышленных зданий:
V2 40000 P
7, 4
Pr2 5 0,22 ln V2
460 I
11, 3
, P – в Па, I – в Па•с
3. Расчет вероятности длительной потери управляемости у людей:
Pr3 5 5,74 ln V3
V3 4,2 p 1,3 i , p P P0 , i I P01 / 2 m1 / 3 , P – в Па, I – в Па•с, m –
масса тела человека в кг
4. Расчет вероятности разрыва барабанных перепонок:
Pr4 12,65 1,524 ln P , P – в Па
5. Расчет вероятности отброса людей волной давления:
Pr5 5 2,44 ln V5
V5 7,38 10 3 P 1,3 10 9 P I , P – в Па, I – в Па•с

25.

Оценка поражающего действия:
6. Связь вероятности поражения с пробит-функцией:

26.

Ожидаемые результаты:
1. Основные физические
характеристики первичной фазы
сжатия взрывной ударной волны:
амплитуда (избыточное давление на
фронте), импульс давления
положительной фазы.
2. Вероятности поражения людей,
механического разрушения объектов.