Н. Н. Семенова ран, Москва математическое моделирование взрыва дисперсных зарядов в замкнутом пространстве
Скачать 31.71 Kb.
|
УДК 544(06) Химическая физика, горение и детонация И.О. ШАМШИН Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗРЫВА ДИСПЕРСНЫХ ЗАРЯДОВ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ Проведено математическое (численное) моделирование динамики взрыва дисперсных зарядов, состоящих из смеси частиц горючего (алюминий) и окислителя (перхлорат аммония), в замкнутом пространстве. Рассмотрены два варианта взрывного превращения дисперсного заряда с избытком горючего: а) взрыв однородного заряда и б) взрыв заряда в полузамкнутой оболочке. Исследовано влияние нестационарных волновых процессов на параметры взрывных волн и скорость энерговыделения. Проведена оценка ударно-волновой нагрузки на стенки помещения. В аварийной ситуации часто возможно формирование дисперсной системы, взрыв которой в замкнутом помещении может привести к серьезным последствиям. При оценке ущерба от случайных взрывов дисперсных зарядов в замкнутом помещении необходимо знать насколько сильно параметры ударных волн могут отличаться от амплитуды ударной волны при взрыве заряда тротила той же массы. Цель работы – численное моделирование взрыва дисперсного заряда с избытком горючего в замкнутом помещении и сравнении ударно-волновой нагрузки на стенки помещения с нагрузкой, оказываемой при взрыве заряда тротила. В основу математической модели, описывающей течения нестационарных реагирующих потоков двухфазной смеси газа и частиц, положены двумерные уравнения Эйлера и уравнения химической кинетики, описывающие горение/разложение частиц горючего/окислителя [1, 2]. Уравнения газовой динамики решались методом Годунова-Колгана [3], химической кинетики – методом Рунге-Кутты 4-го порядка [4] с использованием метода расщепления по физическим процессам [5]. Расчеты проведены в помещении цилиндрической формы, объемом 71 м3 (высота комнаты – 2,5 м, диаметр – 6 м). Заряд так же имел цилиндрическую форму и располагался в центре помещения на высоте 0,2 м от пола. Масса заряда – 3 кг. В первом случае рассчитывался взрыв заряда тротила, который моделировался мгновенным выделением энергии в объеме заряда. При этом начальные параметры (давление 13,9 ГПа, плотность 1660 кг/м3 и температура 3100 К) брались из решения UV-задачи. Во втором расчете заряд состоял из 1,5 кг алюминия и 1,5 кг ПХА. Плотность заряда – 1132 кг/м3 (объемная доля к-фазы – 0,49), длина и диаметр заряда – 150 мм. В третьем случае расчет проведен для заряда в оболочке (инжекторе). Геометрия инжектора – цилиндр с внутренним диаметром 150 мм и длиной 180 мм. Длина заряда 120 мм. Масса алюминия в заряде – 2,28 кг, ПХА – 0,72 кг. Заряд состоял из четырех чередующихся слоевсмеси 94Al/6ПХА и 40Al/60ПХА. Масса первой смеси – 2 кг, масса второй – 1 кг, плотности 1010 и 1768 кг/м3. Порции заряда воспламенялись с задержкой 0, 1,5, 2 и 2,5 мс. Такая ситуация, к примеру, возможна при случайном взрыве промышленного оборудования по изготовлению пиропатронов, зарядов промышленных ВВ и т.п. Сравнение среднего давления на стенках помещения и импульсной нагрузки для трех вариантов взрыва показало, что во втором варианте ударно-волновая нагрузка в первые миллисекунды после взрыва сравнима с нагрузкой при взрыве заряда тротила. Однако на более поздних стадиях (20 – 40 мс после взрыва) давление на стенке во втором случае оказывается в 3 – 4 раза выше. Давление на стенке в третьем случае плавно возрастает со временем и к 40 мс превышает давление при взрыве тротила в 2 раза. Расчеты с инжектором показывают, что для быстрого смешения избыточного горючего с воздухом необходимо придать заряду как можно большее начальное ускорение, но для формирования большого облака, наоборот, следует понижать давление в инжекторе и увеличивать задержку. Наиболее быстрое выгорание алюминия в воздухе происходит при некотором оптимальном соотношении данных параметров. Таким образом взрывы дисперсных зарядов с избытком горючего представляют повышенную опасность в замкнутых помещениях из-за усиления ударных волн за счет дополнительного энерговыделения при окислении избыточного горючего кислородом воздуха. Работа выполнена при финансовой поддержке «Фонда содействия отечественной науки», а также Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF) и Министерства образования и науки РФ в рамках программы «Фундаментальные исследования и высшее образование». Список литературы 1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1. М.: Наука, 1987. 2. Шамшин И.О. Моделирование течений при взрывах многофазных сред. Дисс. на соиск. науч. степ. к.ф.-м.н. М.: МИФИ, 2003. 3. Колган В.П. // Ученые записки ЦАГИ. 1972. № 3. С. 68. 4. Хайрер Э., Нёрсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. М.: Мир, 1990. 5. Ковеня В. М., Яненко Н. Н. Метод расщепления в задачах газовой динамики. Новосибирск: Наука, 1981. ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 4 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Математическое моделирование термически нагруженных конструкций котельных агрегатов Специальность: 05. 13. 18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ | | Тезисы докладов VIII международной конференции. Москва, 4-6 октября... Российская академия наук институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля ран институт химической физики им. Н. Н. Семенова ран |
 | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Но как сохранить это настроение в продолжение рабочего дня? Можно ли создать его в замкнутом пространстве офиса? | | Рабочая программа для студентов 010800. 62 специальности «Механика... Мосягин В. Е. Теория вероятностей, математическая статистика, случайные процессы. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа... |
| Рабочая программа учебной дисциплины современные технологии математического... Специальность научных работников: 05. 13. 18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» | | Рабочая программа учебной дисциплины современные технологии программирования... Специальность научных работников: 05. 13. 18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» |
| Государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Целью курса является дать студентам понятие о коллоидных системах и их основных особенностях; сущности поверхностных явлений; об... | | Адсорбция асфальтенов на твердых поверхностях и их агрегация в нефтяных дисперсных системах Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н. М. Эмануэля ран |
| Численное моделирование ионосферных предвестников сильных землетрясений... Западное отделение Учреждения ран «Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова» ран | | Пояснительная записка рабочая программа дисциплины «Иностранный язык... «Математика и компьютерные науки», 010500. 62 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем», 230100. 62... |
| Методология и методы количественного исследования процессов цепного... Д 002. 082. 02 при Институте проблем химической физики ран по адресу: 142432, г. Черноголовка, Московской области, Ногинского района,... | | Рабочая программа составлена в соответствии с фгт к структуре основной... Методы компьютерного моделирования. Статистическое моделирование Учебно-методический комплекс рабочая программа для аспирантов специальности... |
| Математическое моделирование производства молока и объемов его государственной поддержки | | Фгбоу впо «сгэу» от 09. 11. 2012г. № Решение ученого совета Самарского... «Математическое моделирование», «Математические модели в финансовых операциях», «Методы оптимизации», «Экономико-математические методы... |
| Учить §§ 45 -47, Письменно ответить на вопросы. Выполнить упр. 22 23, задание 13 Закон Кулона: сила электрического взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей... | | Литература 16. 02: М. Осоргин, «Пенсне». Задание 3 (письм.), стр. 114 Закон Кулона: сила электрического взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей... |
