Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Взрывные волны и их характеристики
При взрывах как конденсированных, так и парогазовых сред и аэровзвесей в воздухе происходит быстрое изменение давления, плотности, температуры и массовой скорости. При этом наиболее достоверно определяются характеристики невозмущенных каким-либо препятствием взрывных волн в воздухе. Такие волны называются падающими или проходящими. В результате больших значений плотности заряда (1,3-5 г/cм3) и энергосодержания единицы массы конденсированных взрывчатых веществ выделение всей энергии при взрыве происходит практически мгновенно в небольшом объеме при плотности продуктов взрыва 1,4- 1,6 г/см3, что способствует образованию сильных ударных волн. Взрывы большинства конденсированных взрывчатых веществ протекают в режиме детонации, при котором взрывная волна распространяется с постоянной скоростью при данных плотности и форме заряда. Значения скоростей детонации находятся в пределах от 1 км/с для некоторых промышленных взрывчатых веществ до 8 км/с для мощных типичных взрывчатых веществ. При этом давления взрывов достигают 20-38 ГПа. Взрывные волны, генерируемые взрывами парогазовых и дисперсных сред, вследствие малых плотности и удельной объемной энергоемкости и других особенностей процессов горения характеризуются более низкими параметрами. При спокойном гетерогенном двухфазном диффузионном горении, когда продолжительность химической реакции мала, скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода к горючему веществу в зону горения. Пожары в большинстве случаев – это диффузионное горение, при котором в незамкнутых объемах взрыва не происходит. В перемешанных газовых смесях, аэровзвесях и других смесях, в которых могут протекать гомогенные экзотермические реакции, при определенных условиях взрывные волны распространяются в виде самоподдерживающейся волны горения (пламени) с звуковой скоростью. В реальных условиях горения парогазовых смесей скорости распространения пламени достигают десятки и сотни метров в секунду, но не превышают скорость распространения звука в данной среде. В этом случае происходит взрывное, или дефлаграционное, горение. Применительно к случайным промышленным взрывам под дефлаграцией обычно понимают горение облака с видимой скоростью порядка 100-300 м/с, при которой генерируются ударные волны с максимальным давлением 20-100 кПа. В определенных условиях дефлаграционное (взрывное) горение может перейти в детонационный процесс, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1-5 км/с. Это происходит часто вследствие турбулизации материальных потоков, которая вызывает сильное искривление и большое увеличение поверхности фронта пламени. При этом возникает ударная волна, во фронте которой резко повышаются плотность, давление и температура смеси. При возрастании этих параметров смеси до самовоспламенения горючего вещества возникает детонационная волна, являющаяся результатом сложения ударной волны и образующейся зоны сжатой, быстро реагирующей (самовоспламеняющейся смеси). Важно отметить, что скорость распространения детонационной волны и давление в ней не зависят от скорости реакции в пламени, а определяются ее тепловым эффектом и теплоемкостью продуктов сгорания. В процессах взрыва и детонации парогазовых сред взрывные волны достигают высоких параметров, характеризующих их разрушающую способность. Так, избыточное давление в пределах детонирующего облака составляет несколько МПа. Большинство же промышленных зданий разрушается от значительно меньших давлений: 25-30 кПа при внешних и 20-25 кПа при внутренних взрывах. Разрушающая способность взрывов парогазовых смесей и аэровзвесей при определенных условиях в промышленности оказывается сопоставимой со взрывами типичных взрывчатых веществ, применяемых в военных целях, поскольку по теплоте сгорания большинство углеводородов в 10 раз превосходит тротил. Следует иметь в виду, что при детонационном режиме горения парогазового облака большая часть энергии взрыва переходит в ударную волну. При дефлаграционном горении со скоростью распространения пламени около 200 м/с переход энергии в ударную волну составляет около 30%, в то же время максимальный КПД энергии взрыва парогазовых сред составляет около 40%. К основным параметрам, характеризующим разрушающую способность взрывной волны, относятся избыточное давление и импульс взрыва. На рис. 9.1 представлена структура невозмущенной каким-либо препятствием взрывной волны в воздухе.
Рис. 9.1. Структура идеальной взрывной волны: 1-положительная фаза; 2 – отрицательная фаза (волна разрежения) Здесь pо – давление окружающей среды до прихода взрывной волны. В момент tа прихода взрывной волны давление резко повышается до максимального ps+ + pо. Затем давление падает до давления окружающей среды за время t+ и продолжает снижаться до величины pо – ps-, возвращаясь впоследствии к исходному давлению pо за общее время t = tа + t+ + t-. Величина ps+ представляет собой максимальное невозмущенное избыточное давление или просто как амплитуда избыточного давления. Область взрывной волны, давление в которой превышает давление окружающей среды, называют положительной фазой, ее продолжительность t+. А область, где давление меньше исходного, называется отрицательной фазой или фазой разрежения с продолжительностью t- и амплитудой ps-. Важнейшими параметрами взрывной волны являются положительные is+ и отрицательные is- удельные импульсы, определяемые как функции времени амплитуд избыточного давления, отнесенного к единице поверхности: tа + t+ is+ = ∫ [p(t) – pо] dt, tа
tа + t++t- is- = ∫ pо– p(t)] dt. tа +t+ В большинстве случаев определяют параметры взрывной волны, связанные с положительной фазой. Однако иногда (например, при взрывах сосудов со сжатыми газами) параметры отрицательной фазы достигают высоких значений и важны при оценке разрушающей способности взрывной волны. В области положительной фазы используются другие параметры ударных волн, наиболее важными из которых являются плотность ρ и массовая скорость газа u за волной, скорость ударной волны v, динамическое давление q = ρu2/2. Последний показатель наиболее важен для оценки разрушающей способности ударной волны. В момент взрыва потенциальная энергия источника переходит как в тепловую и кинетическую энергию различных областей и фрагментов системы, так и в энергию излучения. Энергия взрывной волны как движущейся части газовой среды складывается из тепловой энергии Ет = ∫vρс(t – to) и кинетической энергии Ек = 1/2 ∫vρu2dV, где ρ – плотность; с – теплоемкость; t0 и t – начальная и конечная температура; V – объем волны. На поздней стадии развития процесса суммарная энергия ударной волны Е = Ет + Ек оказывается величиной постоянной и не изменяется во времени. Переход энергии взрыва в энергию излучения существенен и учитывается только при атомных взрывах. По уравнению энергетического баланса ударной волны с учетом конкретных условий определяют реально возможный тротиловый эквивалент. Для определения радиусов Ri зон интенсивности воздействия ударной волны (расстояние до объекта с соответствующим уровнем разрушения) при взрыве пользуются формулой, приведенной в общих правилах взрывобезопасности Ri = Кi 3 W/ [1 + (3180/W)2]1/6, где W – тротиловый эквивалент, кг; Кi – коэффициент пропорциональности, соответствующий определенной зоне интенсивности ударной волны (таблица 9.3). Таблица 9.3
Контрольные вопросы 1. Какие взрывы относятся к преднамеренным, а какие к 1. случайным? 2. Что является источником энергии химического взрыва? 3. Перечислите источники энергии физических взрывов сосудов, содержащих сжатые газы (пары). 4. В каком агрегатном состоянии могут быть конденсированные взрывчатые вещества? 5. При каких условиях хранения взрывчатого вещества возможен случайный тепловой взрыв? 6. Что является источником энергии взрывов горючих газовых смесей и двухфазных горючих аэросмесей? 7. Перечислите основные параметры источников взрыва охарактеризуйте их. 8. В каких пределах находятся удельные теплоты взрыва конденсированных взрывчатых веществ? 9. Для чего вводится тротиловый эквивалент и как он определяется? 10. От чего зависит скорость распространения детонационной волны во взрывчатом веществе и каких значений она достигает? 11. Что относится к основным параметрам,характеризующим разрушающую способность взрывной волны? 12. По какой формуле определяют расстояние до объекта с соответствующим уровнем разрушения от воздействия ударной волны?
|