12

Безразмерный параметр B = ρ (ε U )2 характеризует тип и качество
		Pатм
1		н
горючей смеси. Физический смысл параметра В заключается в том, что с

увеличением видимой скорости пламени темп выделения продуктов сгорания увеличивается, что в безразмерной терминологии сказывается на эффективности сброса смеси в атмосферу через сбросные проемы - их производительность уменьшается, т.к. уменьшается параметр В.

Для подтверждения корректности описанной вычислительной схемы были проведены экспериментальные исследования. Эксперименты проводились в кубическом объеме (рис.1.1.7). В качестве горючей смеси использовалась пропановоздушная смесь около стехиометрического состава (4.5% пропана + 95.5% воздуха). Размеры пластин, имитирующих ЛСК, составляли 100х100мм. Результаты экспериментальных исследований в кубической камере приведены на рис.1.1.7.

12
	∆P, кПа	искра	2	2
				м
				9
	m=920г		0	м
			9
			м
			м
9			*		Рис.1.1.7. Экспериментальные
	m=512г
					осциллограммы взрывного
6	m=356г		11о
					давления в камерах,
	m=237г				моделирующих помещения
3					с легкосбрасываемыми
			t, мс		конструкциями (ЛСК).
0	m=0г (отверстие открыто)
0	50	100	150

Из рисунка следует, что с увеличением инерционности ЛСК, т.е. с уменьшением параметра G, уровень взрывных нагрузок увеличивается.

	3			эксперимент
			∆P, кПа			1 -
	2
						без ЛСК
	1
	0
	-1	0	40	80	120	160	t, мс	200
	4
						2 - с ЛСК
			∆P, кПа
	2					М Л С К	= 7.2гр
						∆РИ Н Е Р	= 0.06кПа
	0
		0	40	80	120	160	t, мс	200
	∆P, кПа					3 - с ЛСК
	2					М Л С К	= 49гр
						∆РИ Н Е Р = 0.41кПа
	0						t, мс
		0	40	80	120	160		200

3			расчет
2		∆P, кПа				1 -
					без ЛСК
1
0
-1	0	40	80	120	160	t,
4

∆P, кПа				2 - с ЛСК
2			М	Л С К	= 7.2г
			∆РИ Н Е Р = 0.06к
0
0	40	80	120	160	t, м
∆P, кПа				3 - с ЛСК
2			М Л С К = 49
			∆РИ Н Е Р		= 0.41
0
0	40	80	120	160	t,

Рис.1.1.8. Сравнение экспериментальных и расчетных осциллограмм давления при взрыве пропановоздушной смеси в кубической камере (h = 305мм).

1 – открытые проемы; 2,3 - проемы закрыты пластинами, моделирующими ЛСК.

12

Полученное удовлетворительное согласие между результатами расчета и эксперимента позволяет говорить о применимости расчетной схемы для прогнозирования взрывных нагрузок на реальных объектах, где в качестве предохранительных конструкций используются ЛСК (рис.1.1.8).

Рис.1.1.9 иллюстрирует влияние ЛСК на динамику взрывных нагрузок в двух геометрически подобных зданиях.

2	∆P, кПа			2		∆PИНЕР	= 0.74 кПа
1.5	1
1
0.5							t, мс
0		500	1000	1500	2000	2500		3000
3	1	∆P, кПа
2				2		∆PИНЕР	= 1.48кПа
1

t, мс

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Рис.1.1.9. Влияние легкосбрасываемых конструкций на уровни взрывных нагрузок. 1 - в помещении ГРП; 2 - в помещении НКО.

Первое здание имеет высоту h=3м, ширину b=4.5м, длину L=6м и оборудовано двумя сбросными проемами с суммарной площадью Sпр=4.5м2, что соответствует типовому зданию газораспределительного пункта (ГРП). Второе - высоту h=6м, ширину b=9м и длину L=12м с двумя сбросными проемами площадью Sпр=18м2, что соответствует типовому зданию компрессорного отделения (НКО). При проведении расчетов было принято, что сбросные проемы в рассматриваемых зданиях оборудованы ЛСК с удельной массой - 75кг/м2 и 150кг/м2 (соответственно

∆PИНЕР=0.74кПа и ∆PИНЕР=1.48кПа). Размер единичной карты ЛСК был принят S1ПР=1.125м2. Было принято, что ЛСК установлены в стенах зд а-

ний, а давление вскрытия ЛСК - ∆PВСКР=0кПа. Из рис.1.1.9 следует, что эффективность ЛСК уменьшается по мере уменьшения габаритов здания.

В частности, для первого здания максимальные уровни взрывных нагрузок будут определяться параметрами ЛСК, а для второго здания - общей площадью сбросных проемов, т.к. влияние ЛСК на динамику взрывной нагрузки во втором здании будет незначительным.

В помещениях, оборудованных ЛСК, появляется дополнительный пик давления, вызванный инерционностью ЛСК. Временной характер нагрузки, действующей на конструктивные элементы первого здания, принципиально отличается от характера нагрузки, действующей на конструктивные элементы второго здания. В первом случае максимальная нагрузка

13

14

приходится на временной интервал - 250мс (время вскрытия ЛСК), а во втором случае растягивается в 10 раз, т.е. временной интервал воздействия нагрузки составляет -2500мс (полное время процесса взрывного горения). Данное обстоятельство играет решающую роль при определении коэффициента динамичности нагрузки.

Для определения динамики взрывного давления в помещении, оборудованном ПК с глухим остеклением, необходимо решить следующее обыкновенное дифференциальное уравнение:

∆Р

2 ∆P

α S(t) (ε −1) U н − µ

dP

ρj

Sпр Ф

=

∆Рвскр

P(t),

(1.1.6)

dt

V1

+

V2

γ1

γ2

∆Р

- коэффициент вскрытия (освобождения) оконного проема от

где Ф

∆Рвскр

стекла, характеризуемый отношением площади образовавшегося в застекленном проеме отверстия к площади не застекленного проема, который зависит от величины избыточного давления в здании ∆P и от избыточного давления, при котором происходит начальное разрушение стекол ∆Pвскр.

Рис.1.1.10 иллюстрирует влияние характера остекления на динамические параметры взрывной нагрузки. Расчеты выполнены для зданий ГРП и НКО с геометрическими параметры, принятыми ранее. Рассматривалось два варианта остекления: размер единичной ячейки остекления - 0.5м2 и размер единичной ячейки остекления - 1.0м2 (стекло 3мм, одинарное). Давление вскрытия остекления первого типа примерно составляет 2кПа, а второго типа - 1кПа. Из рисунка следует, что габариты здания при использовании глухого остекления мало влияют на уровни взрывных нагрузок, что связано с экспоненциальным характером зависимости коэффициента вскрытия (освобождения) оконного проема от стекла.

	∆P, кПа					Расчетная
4			2			схема
3	1			1 -∆PВСКР	=2,0кПа
2				2 -∆PВСКР	=1,0кПа		1000
						1
1					t, мс
0 ∆P, кПа		1000	2	2000	3000	500	500
6
	1
4
						2	1000
2
					t, мс
0		1000		2000	3000	1000

Рис.1.1.10. Влияние характера остекления на динамику взрывной нагрузки.

1 - в помещении ГРП;

2 - в помещении НКО.

14