Общая характеристика ударной волны

Ударная волна и характеризующие ее параметры

Пыль и пылевоздушные смеси.

Взрывы пыли (пылевоздушных смесей - аэрозолей) представляют одну из основных опасностей на производстве. Взрывы пыли происходят в ограниченном пространстве - в помещениях зданий, внутри оборудования, в штольнях шахт. Возможны взрывы пыли на мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль), при обращении с красителями, серой сахаром, другими пищевыми продуктами, производстве пластмасс, лекарственных препаратов, на установках дробления топлива (угольная пыль), в текстильном производстве.

Понятие промышленные пыли включает в себя тонкие дисперсии с размерами частиц менее 800 мкм. Взрывы, в основном, происходят по дефлаграционному механизму. Переход к детонации возможен в вытянутых помещениях за счет турбулизации процесса горения в облаке пылевоздушной смеси (ПВС), например в штольнях шахт, на конвейерных линиях зернохранилищ.

Взрыв ПВС возможен только при наличии концентрации пыли в воздухе не ниже определенного предела, измеряемого в г/м.куб: алюминий 58, уголь и сахар 35, резина 25, полиуретан 30 и т.д.

По степени пожаровзрывоопасности все промышленные пыли делятся на 4 класса:

1 класс - наиболее взрывоопасные пыли с НКПР равным 15 г/м.куб и ниже (сера 2,3; нафталин 2,5). НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени;

2 класс - взрывоопасные пыли с НКПР от 16 до 65 г/м.куб (алюминий 58, овес 30.2, крахмал картофельный 40.3);

3 класс- наиболее пожароопасные пыли - с температурой воспламе­нения до 250 ^оС ;

4 класс - пожароопасные пыли - с температурой воспламенения >250 ^оС .

Температура самовоспламенения пыли равна в среднем 500^оС. Пыль, находящаяся в слоях воспламеняется при более низкой температуре, чем облако пыли - разница достигает 200^оС, причем чем толще слой пыли, тем ниже температура ее самовоспламенения. Пыль в слоях не взрывается. Однако, если в слое пыли возникнет горение (тление), то конвективные потоки горячих газов поднимают пыль в воздух, образуется пылевоздушная смесь, которая может взрываться. Максимальное давление взрыва ПВС лежит в пределах от 700 до 500 кПа (5-7 атм). Опасность взрыва ПВС возрастает с уменьшением размеров частиц пыли.

Энергия, выделяющаяся при взрыве, приводит к возникновению и распространению в окружающей среде очень узкой зоны сжатия-разрежения. В пределах этой зоны, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью, протекают физические процессы, называемые ударной волной. Существо этих процессов состоит в скачкообразном изменении всех параметров среды (давления, температуры, плотности).

Передняя граница зоны сжатия называется фронтом ударной волны. Форма фронта ударной волны в однородной среде, например в воздухе, представляет собой сферу и не зависит от формы взорвавшегося заряда. Ударная волна имеет два основных отличия от звуковой волны:

параметры среды в ней (давление, температура, плотность) изменяются практически скачком;

скорость ее распространения превышает скорость звука в невозмущенной среде.

Основным параметром, определяющим поражающее действие ударной волны, является давление. На рисунке 1 показано изменение во времени давления в некоторой точке при прохождении через нее воздушной ударной волны (ВУВ).

Рисунок 1. Изменение давления в некоторой точке пространства при прохождении через нее ударной волны.

До прихода волны давление в точке определялось атмосферным давлением P₀. В момент прихода фронта волны за очень короткий промежуток времени, практически мгновенно (скачком), давление возрастает на величину DP_ф. После скачка давление начинает падать и через промежуток времени t₊ достигает величины P₀. Дальнейшее снижение давления приводит к образованию в рассматриваемой точке разрежения с амплитудой DP_-, после чего рост давления возобновляется и оно снова достигает величины P₀. Период t₊ называется фазой сжатия, а t_- - фазой разрежения. Колебания давления в рассматриваемой точке продолжаются и дальше, однако при оценке последствий взрывов их не принимают во внимание вследствие незначительности амплитуды.

По мере удаления от места взрыва происходит постепенное “затухание” ударной волны. При этом уменьшаются амплитуды DP_ф и DP, крутизна скачка и крутизна спада давления, увеличиваются интервалы t₊ и t_-, уменьшается скорость распространения ударной волны и она постепенно трансформируется в звуковую. Скорость “затухания” ударной волны зависит от состояния среды, в которой эта волна распространяется, и от расстояния до места взрыва.

Важной характеристикой ударной волны, во многом определяющей ее воздействие, например на здания и сооружения, является удельный импульс i. Удельный импульс характеризует суммарное воздействие избыточного давления на площадку единичного размера за время t₊ . Он числено равен площади под кривой избыточного давления на рисунке 1.

При встрече ударной волны с препятствием, например со стеной здания, давление вблизи от отражающей поверхности препятствия возрастает в несколько раз. Степень роста амплитуды зависит от угла наклона отражающей поверхности к направлению распространения ударной волны и от состояния среды у отражающей поверхности.

Поражающее действие ударной волны характеризуется также давлением скоростного напора P_СК. Скоростной напор возникает вследствие того, что частички воздуха во всех точках фронта ударной волны совершают резкое смещение по направлению от центра взрыва, а затем в обратную сторону. Тело, находящееся на пути смещения частиц воздуха, испытывает силовое воздействие, представляющее собой векторную величину. Направление вектора совпадает с направлением распространения ударной волны, а его длина пропорциональна площади проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению вектора.

Скоростной напор вызывает отбрасывание предметов, оказавшихся на пути распространения ударной волны, т. е. оказывает на них метательное воздействие. В результате метательного воздействия незакрепленные предметы, а также люди могут быть отброшены на расстояние в несколько метров и вследствие этого получить повреждения и травмы по своей тяжести соизмеримые с последствиями воздействия давления ВУВ

Скоростной напор ВУВ приводит также к разрушению (сламыванию) сооружений, имеющих значительную протяженность по сравнению с поперечным сечением (столбы электропередач, заводские трубы, опоры и т.п.)

Перечисленные параметры ударной волны (давление, удельный импульс, скоростной напор) являются основными, но не единственными параметрами, определяющими ее поражающее действие. Зако­ны изменения во времени других параметров, характеризующих ударную волну (например температуры или плотности среды), качественно аналогичны измене­нию давления. Для скоростного напора P_ск, возникающего за счет переме­щения частиц среды, период t_+ск несколько больше, чем t₊ вследствие инерционности этих частиц.

Изменение других параметров среды в распространяющейся ударной волне также может привести к опасным последствиям, например пожарам или детонации взрывчатых веществ. Характер изменения значений этих параметров во времени аналогичен приведенной на рисунке 1 зависимости. Основные отличия связаны со скоростью спада максимального амплитудного значения параметра, т.е. показателя t₊ . Так например, для скоростного напора показатель t_+СК может превышать аналогичный показатель для давления t₊ в 2.5 раза.

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 661; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!