Применение методики оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей

Министерство образования и НАУки российской федерации ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственый технический университет»

Кафедра Газодинамических импульсных устройств Курсовая работа по дисциплине «Действие средств поражения и боеприпасов»

Применение методики оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей Вариант № 11

Выполнил: Проверил:

студент ФЛА д.т.н., профессор группы Балаганский И.А.

МБ-71 оценка роспись

Слесарев А.Ю. «___» _______ 2011 г.

Новосибирск

Задание:

В безветренную погоду, в результате аварии произошёл разрыв железнодорожной цистерны с 11 т Октана (С8Н18). Для оценки наихудшего варианта возможных последствий предположим, что в результате разрыва цистерны, в пределах воспламенения оказалось максимально возможное количество газа. Средняя концентрация октана в образовавшемся облаке составила 140г/м3. Произошёл взрывной режим превращения.

Требуется определить параметры ударной волны на расстоянии 100 м от места взрыва: избыточное давление, импульс фазы сжатия.

Решение:

Применяя, «Методику оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей» РД 03−409−01,утверждённую Постановлением Госгортехнадзора России от 26 июня 2001 г., решаем поставленную задачу.

I. Исходные данные

1.Тип топлива — октан;

2. Агрегатное состояние смеси — жидкость;

3. Средняя концентрация горючего вещества в смеси Сг=0,14кг/м3;

4. Масса горючего вещества в облаке Мг=11 000кг;

5. Окружающее пространство — открытое (вид 4);

6. Удельная теплота сгорания октана, рассчитывается по формуле qг=44? МДж/кг.

По табл.1 Методики «Классификация горючих веществ по степени чувствительности» бутилен относится к веществам III классасреднечувствительные вещества, с размером детонационной ячейки 10

II. Вычислим эффективный энергозапас ТВС

Эффективный энергозапас горючей смеси определяется по соотношению:

Е =2 Mг qг при Cг <= Cст либо E = 2Mг qг Cст / Cг при Cг > Cст.

Так как облако лежит на поверхности земли, то величина эффективного энергозапаса ТВС удваивается.

Необходимо вычислить стехиометрическую концентрацию октана Сст, для этого рассчитаем? стотносительную массовую концентрацию.

?ст=, где

— молярная масса воздуха;

— плотность воздуха;

— молярная масса октана;

— коэффициент.

?ст=

Плотность горючей смеси:

Объём 100 кг облака:

Стехиометрическая концентрация:

Так как 100 кг смеси содержит 6,33 кг октана и 100 кг смеси занимает объём 95,33 м³, тогда можно рассчитать стехиометрическую концентрацию.

т.к. Сг >Сст, то:

III. Определим ожидаемый режим взрывного превращения По таблице «Классификация горючих веществ по степени чувствительности» определяем, что октан относится к III классу чувствительности (среднечувствительные вещества).

Окружающее пространство по степени загромождённости относится к виду 4 (слабозагромождённое и свободное пространство).

Используя экспертную таблицу определяем, что ожидаемый режим взрывного превращения — 5 диапазон, дефлаграция со скоростью фронта пламени определяется соотношением:

где k1=43 — константа;

Оценка агрегатного состояния ТВС: октан — гетерогенная смесь.

IV. Определим основные безразмерные параметры взрыва ТВС Расчёт максимального давления и импульса для фазы сжатия воздушной ударной волны:

Для заданного расстояния R=100 м определим безразмерное расстояние от центра облака ТВС:

где взрыв горючий смесь энергозапас

P0 — атмосферное давление, Па;

Степень расширения продуктов сгорания для гетерогенных смесей: ?=4.

Скорость видимого фронта пламени Vг= 202.78 м/с.

Безразмерное давление:

Безразмерный импульс фазы сжатия:

Вычислим величины РХ2 и IХ2 по формулам, применяемым для случая детонации гетерогенных смесей.

Безразмерный импульс фазы сжатия:

Окончательные значения Рх и Ix выбираются из условий:

Px = min (Px1,Px2)= min (0,275; 0,775)=0,275;

Ix = min (Ixl, Ix2) =min (0,045; 0,039)=0,039;

V. Определим размерные величины взрыва ТВС Избыточное давление:

Импульс волны давления:

С0 — скорость звука в воздухе, м/с.

VI. Оценка поражающего действия.

Вероятность того или иного ущерба определяется с помощью «пробит функции».

1. Оценка вероятности повреждения промышленного здания от взрыва облака ТВС:

· по величине пробит-функции, оценивается вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, используем соотношение:

где пробит-функция;

Фактор V1 рассчитывается с учетом перепада давления в волне и импульса статического давления по соотношению:

· по величине пробит-функции, оценивается вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу:

;

В этом случае фактор V2 рассчитывается по формуле:

2. Оценка вероятности поражения людей при взрыве облака ТВС.

· по величине пробит-функции, оценивается вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС:

;

В этом случае фактор опасности V3 рассчитывается по формуле:

Безразмерное давление и безразмерный импульс задаются выражениями:

где m — масса тела живого организма, кг (при отсутствии данных принимают 80 кг);

· по величине пробит-функции, оценивается вероятность разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне, рассчитываем по выражению:

· по величине пробит-функции, оценивается вероятность отброса людей волной давления:

.

Здесь фактор V5 рассчитывается из соотношения:

.

.

Связь функции Рri с вероятностью той или иной степени поражения находится по табл. 3 Методики.

Таблица 1- СВЯЗЬ ВЕРОЯТНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ С ПРОБИТ-ФУНКЦИЕЙ

1. вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса 85%;

2. вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу 28%;

3. вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС 0%;

4. вероятность разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне определяется выражением 2%;

5. вероятность отброса людей волной давления 0%.

Вывод Проведя расчеты по методике оценки последствий аварийных взрывов ТВС, получили следующие результаты:

1. величина эффективного энергозапаса ТВС

2. ожидаемый режим взрывного превращения дефлаграция со скоростью фронта пламени принимаем в расчетах 202,78м/с.

3. при взрыве железнодорожной цистерны с 11 т октана, на расстоянии 100 м от места взрыва избыточное давление, импульс волны давления

4. вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса 85%;

5. вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу 28%;

6. вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС 0%;

7. вероятность разрыва барабанных перепонок у людей от уровня перепада давления в воздушной волне определяется выражением 2%;

8. вероятность отброса людей волной давления 0%.

Список использованных источников

1. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (с изменениями и дополнениями) РД 03−409−01 (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 26 июня 2001 г. № 25)

2. И. А. Балаганский, Л. А. Мержиевский Действие средств поражения и боеприпасов: Учебник.- Новосибирск: Изд-во НГТУ. -2004. 408с. — (Серия «Учебники НГТУ»)

3. Лекции по дисциплине «Основы проектирования защитных устройств».