Приложение. Примеры расчетов

Приложение

Примеры расчетов

Пример 1

В результате аварии на автодороге, проходящей по открытой местности, в безветренную погоду произошел разрыв автоцистерны, содержащей 8 т сжиженного пропана. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате выброса газа в пределах воспламенения оказалось практически все топливо, перевозившееся в цистерне. Средняя концентрация пропана в образовавшемся облаке составила около 140 . Расчетный объем облака составил 57 . Воспламенение облака привело к возникновению взрывного режима его превращения. Требуется определить параметры воздушной ударной волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) на расстоянии 100 м от места аварии.

Решение:

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

тип топлива - пропан;

агрегатное состояние смеси - газовая;

концентрация горючего в смеси ;

масса топлива, содержащегося в облаке, кг;

удельная теплота сгорания топлива Дж/кг;

окружающее пространство - открытое (вид 4).

Определяем эффективный энергозапас ТВС Е. Так как , следовательно,

Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что пропан относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 4 (открытое пространство). По экспертной табл. 2 определяем ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС - дефлаграция с диапазоном видимой скорости фронта пламени от 150 до 200 м/с. Для проверки рассчитываем скорость фронта пламени по соотношению (2):

м/с.

Полученная величина меньше максимальной скорости диапазона данного взрывного превращения.

Для заданного расстояния R = 100 м рассчитываем безразмерное расстояние :

.

Рассчитываем параметры взрыва при скорости горения 200 м/с. Для вычисленного безразмерного расстояния по соотношениям (9) и (10) определяем величины и :

;

.

Так как ТВС - газовая, величины , рассчитываем по соотношениям (5) и (6):

;

.

Согласно (11) определяем окончательные значения и :

;

.

Из найденных безразмерных величин и вычисляем согласно (12) и (13) искомые величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в воздушной ударной волне на расстоянии 100 м от места аварии при скорости горения 200 м/с:

Па;

.

Используя полученные значения и I, находим:

, , , ,

(при расчете предполагается, что масса человека 80 кг).

Это согласно табл. 3 означает: 86% вероятность повреждений и 30% вероятность разрушений промышленных зданий, а также 2,5% вероятность разрыва барабанных перепонок у людей и 1% вероятность отброса людей волной давления. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

Пример 2

В результате внезапного раскрытия обратного клапана в пространство, загроможденное подводящими трубопроводами, выброшено 100 кг этилена. Рядом с загазованным объектом на расстоянии 150 м находится помещение цеха. Концентрация этилена в облаке 80 . Требуется определить степень поражения здания цеха и расположенного в нем персонала при взрыве облака ТВС.

Решение:

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

горючий газ - этилен;

агрегатное состояние смеси - газовая;

концентрация горючего в смеси ;

стехиометрическая концентрация этилена с воздухом ;

масса топлива, содержащегося в облаке, кг;

удельная теплота сгорания горючего газа Дж/кг;

окружающее пространство - загроможденное.

Находим эффективный энергозапас горючей смеси Е. Так как , следовательно,

Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что этилен относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 1 (загроможденное пространство). По экспертной табл. 2 определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака топливно-воздушной смеси - первый, что соответствует детонации.

Для заданного расстояния 150 м определяем безразмерное параметрическое расстояние :

.

По соотношениям для падающей волны (14)-(19) находим:

амплитуда фазы давления

или Па при Па;

амплитуда фазы разрежения

или Па при Па;

длительность фазы сжатия

с;

длительность фазы разрежения

с;

импульсы фаз сжатия и разрежения

.

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением

.

Используя полученные значения и , по формулам п. 4 имеем:

; ; ; ;

(при расчете предполагается, что масса человека 80 кг).

Это согласно табл. 3 означает 1% вероятность разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

По соотношениям для отраженной волны (21)-(26) находим:

амплитуда отраженной волны давления

или Па при Па;

амплитуда отраженной волны разрежения

или Па при Па;

длительность отраженной волны давления

с;

длительность отраженной волны разрежения

с;

импульсы отраженных волн давления и разрежения:

;

.

Форма отраженной волны при взаимодействии со стенкой

.

Используя полученные значения и , по формулам п. 4 имеем:

; ; ; ; .

Это согласно табл. 3 означает вероятности: 30% повреждений и 4% разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.