34

1.3. Поражающие факторы при детонационных взрывах газопаровоздушных смесей (ГПВС)

1.3.1. Общая характеристика детонационных взрывов

Детонационные взрывы ГПВС в открытой атмосфере происходят редко, т.к. для их возникновения требуется мощный источник энергии, например, от взрыва ВВ. Однако, такие смеси как водородовоздушные или ацетиленовоздушные могут перейти из режима дефлаграционного взрыва в режим детонационного взрыва. Избыточное давление в детонационной волне составляет 1200...1800кПа. При детонации ГПВС на грунте воронка взрыва не образуется.

Основными поражающими факторами детонационного взрыва является ударная волна, характеризуемая избыточным давлением и импульсом волны сжатия, и огненный шар раскаленных продуктов взрыва.

Значения избыточного давления на фронте ВУВ детонационного вычисляется по следующему соотношению:

1

1

0.146

∆p =

4.96 +

0.974

+

, кПа,

(1.3.1)

R

R

R

R

где

=

(м/кДж1/3) -

приведенное расстояние до центра наземного

R

2E

3

ув

взрыва; Еув - энергия взрыва,

затраченная

на образование

воздушной

ударной волны (Еув = Е η);

Е - полная энергия, высвобождающаяся при

детонационном взрыве ГПВС; η - коэффициент перехода энергии взрыва в ВУВ (η = 0,4 ).

Как следует из (1.3.1) параметры ВУВ при детонационном взрыве ГПВС в основном зависят от энергии детонировавшего облака.

Различия в скоростях распространения пламени при детонационном и дефлаграционном режимах взрывного превращения ГПВС приводят к качественному изменению профилей взрывных нагрузок. При детонации формируется воздушная ударная волна (ВУВ). Соответственно различны и профили давлений (нагрузок) при детонации ГПВС и дефлаграции.

На рис.1.3.1 приведены типичные нагрузки при детонационном и дефлаграционном взрыве водородно-воздушной смеси.

34

10						а)
∆Р, кПа
0
-10
-20							t, мс
	0	10	20	30	40	50	60
100						б)
∆Р, кПа
50
0
-50 0							t, мс
		10	20	30	40	50	60
Рис. 1.3.1. Типичные профили взрывных нагрузок
а) при дефлаграции ГПВС – волна сжатия и волна разрежения;
б) при детонации ГПВС – ударная волна и волна разрежения.

Для детонационных взрывов ГПВС качество смеси не оказывает существенного влияния на параметры ВУВ (рис.1.3.2).

	∆Р, кПа						∆Р, кПа
60			а)			60			б)
40		Детонация стехиометрической				40	детонация переобогащенной
		пропановоздушной смеси					пропановоздушной смеси
20						20
0					t, мс	0			t, мс
-20						-20 20
20	30	40 50	60	70	80		30 40 50 60 70 80 90

Рис.1.3.2. Профили ВУВ при детонации стехиометрической (а) и переобогащенной (б) пропановоздушной смеси

на расстоянии 15м от центра полусферы (начальный радиус полусферы - 4м.).

1.3.2. Уравнения, описывающие параметры ВУВ при детонационных взрывах

Описанная ниже методика разработана на основе экспериментальных данных, полученных при проведении наземных детонационных взрывов.

Исходные данные для выполнения расчетов должны включать: массу горючей компоненты M в горючей смеси; долю детонирующей части

35

36

горючей смеси Z ; удельную энергию взрыва qт ; стехиометрическую концентрацию горючего в смеси Cст х ; расстояние до центра взрыва R.

Указанные исходные данные подготавливаются путем разработки сценария аварии и использования табл.1.3.5.

Радиус продетонировавшего облака RД при наземном взрыве определяется по формуле:

								M Z
	RД = 0.782 3							Cстх , м.		(1.3.1)
Избыточное давление на фронте детонационной волны ∆Pg
определяется:		ρ		D2
			см			,		кПа,		(1.3.2)
∆PД =				Д	10−3
		k Д		+1

где ρсм - плотность ГПВС до взрыва, определяемая по табл.1.3.5. Полная энергия, выделившаяся при детонационном взрыве ГПВС:

E =

M Z

qv

, кДж ,

(1.3.3)

Cстхm

где qv определяется по данным табл.1.3.5.

Энергия взрыва на образование воздушной ударной волны Еув

Еув = Е η,

(1.3.4)

где η - коэффициент перехода энергии взрыва в ВУВ, равный η = 0,4 .

Приведенное расстояние до центра наземного взрыва

равно:

R

R

, м/кДж1/3 ,

(1.3.5)

R =

3

2Eув

где R – расстояние до центра взрыва, м.

Значения избыточного давления ∆Pф на фронте ВУВ детонационного

взрыва в зависимости от приведенных расстояний вычисляются по следующим формулам:

а) в области 0,068≤R≤0,31 м/кДж1/3

∆Pф

=

4,156

, кПа;

(1.3.6)

1.,7

б) в области

>0,31 м/кДж1/3

R

R

∆Pф =

4,96

+

0,974

+

0,146

, кПа;

(1.3.7)

R

R2

R3

Длительность действия положительной фазы избыточного давления определяется по зависимости

τ+ =		3		10−3 , с,	(1.3.8)
	τ		2 Eув

36

где τ+ - приведенное время действия фазы сжатия, определяется по формулам:

а) в области 0,058 ≤ R ≤ 0,434 м / кДж 1/3

, мс/кДж1/3 ;

(1.3.9)

+

= 0,323

τ

R

б) в области

> 0,434 м / кДж 1/3

R

1,5

R

− 0,434

τ+ = 0,323

R

1−

6,2

, мс/кДж1/3 .

(1.3.10)

Удельный импульс фазы сжатия ВУВ i+ определяется по формуле

i+ =

3

, Па с,

(1.3.11)

i+

2Eув

где

- приведенный удельный импульс, определяемый по формуле:

i+

= 0,

694

,

Па с/кДж0.5.

(1.3.12)

i+

R

Изменение избыточного давления во времени определяется по

формуле:

∆P(t) = ∆Pф

t

n

1

−

, кПа,

(1.3.13)

τ+

где n - показатель спада давления, вычисляемый по зависимости:

n =	∆Pф		τ+		−1.	(1.3.14)
	i+

Значения ∆Pф , τ+ , n , i+ в зависимости от приведенных расстояний Rг

приведены в табл.1.3.6. Указанные величины не зависят от энергии взрыва, что является следствием закона подобия при взрывах.

Таблица 1.3.5

Физико-химические свойства горючих газов и паров при t=150С (Т=288,15 К)

Горючая			1		2		3			4	5	6	7
компонента
взрывоопасной				2А		2Б	3А		3Б
смеси
Водород		H2	0,884	25,22		29,6	3420		3025	4	75	15	2955
Метан		CH4	1,169	64,49		9,51	2744		3207	5	15		2745
Этан		C2H6	1,223	72,00		5,66	2798		3422	2,9	15	2,97	2830
Пропан		C3H8	1,246	75,19		4,03	2797		3485	2,1	9,5	2,57	2845
Бутан		C4H10	1,259	76,96		3,13	2797		3521	1,8	9,1	1,98	2845
Ацетилен		C2H2	1,211	85,36		7,75	3400		4117	2,5	81	9,7	3415
Этилен		C2H4	1,218	77,64		6,54	3005		3660	3,0	32,0	3,32	3030
Пропилен		C3H6	1,245	79,37		4,46	2888		3596	2,2	10,4	3,35	2970
Бутилен		C4H8	1,259	80,27		3,38	2887		3635	1,6	9,4		2970
Бензол		C6H6	1,277	90,01		2,84	2782		3553	1,4	7,1		2950
Толуол		C7H8	1,281	88,88		2,23	2854		3657	1,3	6,7		2970

37

38

Окончание табл. 1.3.5

Горючая			1		2		3			4	5	6	7
компонента
взрывоопасной				2А		2Б	3А		3Б
смеси
Циклогекса		C6H10	1,295	106,2		2,28	2793		3618	1,2	10,6		2875
нон		O
Метанол		CH4O	1,237	166,5		12,3	3232		3997	6,0	34,7		2800
Этанол		C2H6	1,268	127,5		6,54	2788		3535	3,6	19,0		2785
		O
Ацетон		C3H6	1,282	122,6		4,99	2888		3702	2,2	13,0		2840
		O
Стирол		C8H8	1,285	90,60		2,06	2891		3715	1,0	5,2		3015
										6
Окись		CO	1,209	350,5		29,6	2932		3547	12,	74,0		3085
углерода										5
Диэтилов.		C4H10	1,285	106,1		3,38	2827		3633	1,7	49,0		2910
эфир		O
Дихлорэта		C2H4	1,402	313,8		6,54	2449		3433	3,6	33,0		2785
н		Cl
н-Пентан		C5H12	1,267	78,08		2,56	2794		3540	1,4	7,8		2860
										7

Условные обозначения к табл.1.3.5. 1 - Плотность стехиометрической смеси ρ, кг/м3

2- Концентрация горючего в стехиометрической смеси; 2А – массовая концентрация, г/м3; 2Б - объемная концентрация, об. %.

3- Удельная энергия взрыва стехиометрической смеси; 3А - массовая энергия взрыва, кДж/кг; 3Б - объемная энергия взрыва, кДж/м3.

4- Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения, об. %.

5- Верхний концентрационные пределы воспламенения, об. %.

6- Нижний концентрационный предел детонации, об. %.

7– Температура взрыва, К.

Таблица 1.3.6

Параметры ВУВ детонационного взрыва на различных приведенных расстояниях

	RГ ,1/3		∆Рф,	τ+				i+ ,			qф,			j+ ,		н
			кПа				n				кПа	m				∆Pот р	,
м/кДж				мс/												кПа
				кДж1/3				Па с/					Па с/
								кДж1/3					кДж1/3
0,068			406	0,084			2,35	10,206			369	6,54	4,108			1699
0,072			364	0,087			2,274	9,639			308	6,43	3,606			1469
0,076			332	0,089			2,239	9,132			265	6,34	3,215			1299
0,080			304	0,091			2,206	8,675			229	6,25	2,875			1157
0,084			280	0,094			2,174	8,262			198	6,17	2,596			1036
0,088			259	0,096			2,145	7,886			173	6,10	2,341			933

38

Окончание табл. 1.3.6

			∆Рф,									qф,					∆Pотн р
	R				τ	+				i					j			,
	Г ,		кПа					n	+ ,			кПа	m	+ ,
1/3				мс/
м/кДж																	кПа
				кДж1/3					Па с/					Па с/
									кДж1/3					кДж1/3
0,092			240	0,098				2,117	7,544			152	6,02	2,121			844
0,096			223	0,100				2,091	7,229			134	5,95	1,927			767
0,100			208	0,102				2,066	6,940			118	5,90	1,747			700
0,150			104,5	0,125				1,827	4,627			33,5	5,32	0,664			289,7
0,200			64,1	0,144				1,669	3,470			13,5	4,370	0,362			160
0,250			43,9	0,161				1,552	2,776			6,39	3,783	0,215			103,1
0,300			32,2	0,177				1,461	2,313			3,49	3,450	1,388			72,7
0,35			25,5	0,191				1,460	1,983			2,21	3,262	0,099			56,4
0,40			20,6	0,204				1,445	1,735			1,45	3,125	0,072			45,1
0,45			17,4	0,216				1,440	1,542			1,04	3,038	0,055			37,4
0,50			15,0	0,225				1,426	1,388			0,77	2,972	0,0435			31,8
0,60			11,6	0,240				1,419	1,157			0,47	2,881	0,029			24,4
0,70			9,5	0,253				1,424	0,991			0,31	2,825	0,0205			19,8
0,80			8,0	0,264				1,434	0868			0,22	2,785	0,0153			16,6
0,90			6,9	0,273				1,444	0,771			0,17	2,275	0,0123			14,2
1,00			6,1	0,280				1,451	0,694			0,13	2,737	0,0097			12,5
1,20			4,9	0,290				1,457	0,579			0,084	2,706	0,0065			10,0
1,40			4,1	0,296				1,448	0,496			0,06	2,60	0,0048			8,3
1,60			3,5	0,299				1,423	0,434			0,04	2,672	0,0032			7,1
1,80			3,1	0,298				1,384	0,386			0,03	2,65	0,0024			6,2
2,00			2,7	0,295				1,332	0,347			0,02	2,65	0,0016			5,5
2,50			2,1	0,278				1,153	0,278			0,02	2,64	0,0015			4,3

39

40

1.4. Поражающие факторы при взрывах конденсированных взрывчатых веществ (ВВ)

1.4.1. Общая характеристика взрывов ВВ

Конденсированные ВВ (твердые, пластичные, жидкие, литые, прессованные, порошкообразные, чешуированные и т.п.) отличаются высокой плотностью (свыше 500кг/м3) и высокой скоростью детонации. Давление в детонационной волне пропорционально плотности ВВ ρ и квадрату скоро-

сти детонации D: ∆p = ρk +D12 , где k – показатель адиабаты (для конденсиро-

ванных ВВ k=3). При взрывах конденсированных ВВ на грунте всегда образуется воронка взрыва, а от границы заряда уходит воздушная ударная волна (ВУВ) с очень высоким давлением.

Основным поражающим фактором при взрыве ВВ является ударная волна. Избыточное давление во фронте ВУВ определяется по формуле М.А.Садовского:

∆p =	82,4			+	265			+	687			, кПа,	(1.4.1)
							2				3
		R				R				R

где R - приведенное расстояние до центра взрыва:

			R		, м/кг	1/3	,	(1.4.2)
R =
		3
			Kэф С z

где С - масса заряда, кг; z - коэффициент, учитывающий отношение теплоты взрывчатого превращения ВВ к теплоте взрывчатого превращения тротила; Кэф - коэффициент эффективности заряда ВВ по образованию ВУВ.

Поражающие факторы при взрыве ВВ зависят от следующих параметров: типа ВВ; его массы; расположения заряда относительно твердых поверхностей; расстояния от точки наблюдения до места взрыва.

Взрывные нагрузки от зарядов ВВ отличаются по многим важнейшим признакам от взрывных нагрузок при взрывах ГПВС:

-взрывные нагрузки от ВВ и взрывные нагрузки при детонации ГПВС имеют несопоставимые величины длительности нагружения;

-в «ближней» зоне взрыва уровни взрывных нагрузок от ВВ существенно превышают уровни взрывных нагрузок при детонации ГПВС и тем более при дефлаграции.

40

70	∆Р, кПа
∆Р+
40		I+- импульс фазы
		сжатия			tа+Т+ +Т
10			I-- импульс фазы
				разрежения
∆Р0-		tа+Т+			t, мс
-20	tа
	10	20	30	40	50
Рис. 1.4.1. Типичный вид ударной волны при подрыве ВВ.
Типичный профиль взрывного давления при подрыве ВВ приведен на
рис.1.4.1.
1.4.2. Уравнения, описывающие параметры
		ВУВ при взрывах ВВ
Описанная ниже		методика	построена		на основе методики

М.А.Садовского.

Избыточное давление во фронте ВУВ определяется по формуле:

∆pф

1

1

1

кПа ,

(1.4.3)

=

82,4 +

265 +

687

R

R

R

где R - приведенное расстояние до центра взрыва, определяемое по зависимости:

				R	1		,	(1.4.4)
	R =					м/ кг3
				Kэф С
	3

где С - масса заряда в кг; Кэф - коэффициент эффективности заряда ВВ по образованию ВУВ:

Kэф = K β ,

(1.4.5)

где К - коэффициент вида взрыва, учитывает высоту расположения заряда ВВ относительно поверхности земли, равный 1 – для воздушных взрывов и 2 - для наземных взрывов; β - коэффициент, учитывающий отношение теплоты взрывчатого превращения ВВ к теплоте взрывчатого превращения тротила. Значения β приведены в табл.1.4.1.

	Значение β для ряда ВВ		Таблица 1.4.1.
Виды ВВ	β	Виды ВВ		β
Тротил	1	Тринитроанилин		0,981
Динитробензол	0,86	Пикрат аммония		0,792
Тринитробензол	1,066	Аммонийная селитра		0,396
Октоген	1,278	Аммотол 80/20		0,991
Тэн	1,378	Пироксилин		1,03
Дымный порох	0,658	Гексоген		1,306
Тринитрохлорбензол	1	Оксиликвиты (поглотители)		0,991
			41

42

Закон изменения избыточного давления во времени определяется по зависимости:

(	)			t n
		= ∆pф	1−			кПа,	(1.4.6)
∆p t
				τ+

где τ+ - длительность положительной фазы, определяемая по зависимости:

					(1.4.7)
τ+ =τ+ 3 Kэф СВВ с,

где τ+ - приведенное время длительности положительной фазы ВУВ, определяемое по формуле:

1
τ+ =1,5 10−3 R с/ кг3	,	(1.4.8)

где n - показатель спада избыточного давления, вычисляемый по зависимости:

			∆p	γ
	n = 1	+	ф		(1.4.9)
			Р0

где γ - показатель степени, равный при 5 ≤ ∆pф ≤ 1000 кПа

0,6	при ∆рф р0
γ =		≤р	,	(1.4.10)
0,4 при ∆р
	ф	0

где р0 - атмосферное давление (101,3 кПа).

Приведенный удельный импульс положительной фазы избыточного давления определяется по выражению

				∆pф τ+	Па с
	i+ =						(1.4.11)
				n +1	кг	1/3

При взрывах ВВ имеет место подобие явлений, которое выражается в следующем. При двух геометрически подобных взрывах зарядов ВВ различной энергии на одинаковых приведенных расстояниях от центра взрыва равны: значения избыточных давлений ∆рф; приведенные времена положи-

тельной фазы τ +; приведенный удельный импульс положительной фазы i+ ; показатель спада избыточного давления n. Это позволяет создавать

универсальные таблицы значений параметров ВУВ, независимо от их энергии взрыва (см. табл.1.4.2). Для перехода к размерным значениям

приведенные величины нужно умножить на 3Kэф С.

42