Расчёт основных параметров взрыва

При взрыве газовых смесей протекает кинетическое горение в замкнутом объёме.

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

, (72)

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 при температуре 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:

.

Ответ: давление взрыва сжатого водорода 2268 кПа

Давление взрыва используют при расчётах 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 невозмущённые 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 отражённой волны:

Р_r – избыточное давление отражённой волны, Па;

i_r – импульс отражённой волны, Па×с.

Для расчётов параметров взрывной волны вводится параметр расстояния Z

, (73)

где R – расстояние от центра взрыва до заданной точки, м;

W – масса взрывчатого вещества, кг.

ПРИМЕР: Сферический заряд ТНТ массой 27 кг взрывается при стандартных атмосферных условиях. Найти параметры падающей и нормально отражённой от препятствия взрывной волны на расстоянии R = 30 м от центра взрыва.

Решение:

1. Найдём параметр расстояния Z для R = 30 м

(м / кг^1/3).

2. С помощью номограммы № 2 найдём параметры падающей взрывной волны.

На шкале Z находим значение 10¹ и ведём вертикальную прямую вверх до пересечения с кривой P_s, после чего ведём перпендикуляр на ось P_s. и находим P_s =10⁴ Па.

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^-3 с/кг^1/3 (цена деления 7,5×10^-4, 6 делений). Отсюда значения 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 отражённой ударной волны:

Р_r = 2,5×10⁴ Па; 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 =10⁴ Па;

Р_r = 2,5×10⁴ Па; i_r = 165 Па×с.

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

Рис. 6. Номограмма № 3 для определения параметров взрыва

за нормально отражённой взрывной волной ТНТ

Date: 2015-08-15; view: 2465; Нарушение авторских прав