Влияние легкосбрасываемых конструкций на избыточное давление при взрыве в помещении

Введение. В работе рассматривается аварийный взрыв газа в помещении при условии сброса давления через проемы, в которых были установлены легкосбрасываемые конструкции.

Решение данной проблемы актуально для защиты от последствий взрыва в жилых зданиях. Это связано с тем, что объемы помещений в жилых зданиях невелики по сравнению с промышленными зданиями, что определяет более жесткие условия сброса давления в начальный момент развития взрыва. В работе показано, что в малом объеме за время движения легкосбрасываемой конструкции в проеме до момента начала сброса давления оно может достигнуть критических значений.

Цели. В работе ставится цель определить формирование взрывных нагрузок начиная с момента взрыва до формирования максимального значения давления с учетом свойств легкосбрасываемых конструкций и закономерности их вскрытия. Такая цель обусловлена тем, что до настоящего времени формирование давления на этой стадии рассматривалось без учета места установки легкосбрасываемых конструкций по глубине стенового проема. Основное внимание при этом уделялось подбору площади проема.

Методы. С использованием метода теории размерностей, численного и аналитического моделирования процессов взрыва, истечения газов и движения твердого тела получены безразмерные комплексы, которые описывают формирование взрывной нагрузки до момента достижения ее максимального значения. Эти комплексы позволяют определить взрывные нагрузки для помещений разного объема, что также является новым результатом.

Результаты. В настоящей работе выявлено влияние на конечный результат отдельных факторов, таких как: объем помещения; давление, при котором легкосбрасываемая конструкция начинает движение; масса и глубина установки легкосбрасываемой конструкции в проеме; периметр проема и скорость взрывного горения.

Выводы. Результаты, полученные в процессе работы, позволяют определять динамическую нагрузку взрыва на стадии ее роста. Знание этой величины дает возможность более надежно устанавливать несущие характеристики конструкций при аварийных взрывах в жилых помещениях.

1. Bradly D., Mitcheson A. The venting of gaseous Explosion in spherical vessels. I // Combustion and Flame. 1978. Vol. 32. Pp. 221–236.

2. Bradly D., Mitcheson A. The venting of gaseous Explosion in spherical vessels. II // Combustion and Flame. 1978. Vol. 32. P. 237.

3. Moen I. O., Donato M. Flame acceleration due to turbulent produced by obstacles // Combustion and Flame. 1980. Vol. 31. Pp. 21–30.

4. Moen I. O., Donato M. Turbulent flame propagation and acceleration in the Presents of Obstacles // Progress in Astronomy and Aeronautics. 1981. Vol. 75. Pp. 33–47.

5. Eckhoff R. K., Fuhre K., Guirao C. M., Lee J. H.S. Venting of turbulent gas explosions in a 50 m3 chamber // Fire safety journal. 1984. Vol. 8. Pp. 191–197.

6. Solberg D. M. Observations of flame instabilities in large scale vented gas explosions // 18-th Symposium (International) the combustion institute. 1980. Pp. 1607–1614.

7. Van Wingerden C. J.M. On the rade acoustically driven flame instabilities in vented gas explosions and their elimination // Combustion and Flame. 1983. Vol. 51. Pp. 109–111.

8. Medvedev S. P., Polenov A. N., Khomik S. V., Gelfand B. E. Initiation of upstream-directed detonation induced by the venting of gaseous explosion // Symposium (International) on Combustion. 1994. Vol. 25. Issue 1. Pp. 73–78.

9. Phylaktou H., Andrews G. E. The acceleration of flame propagation in a tube by an obstacle // Combustion and Flame. 1991. Vol. 85. Issue 3–4. Pp. 363–379. DOI: 10.1016/0010-2180(91)90140-7

10. Masri A. R., Ibrahimb S. S., Nehzatc N., Greenc A. R. Experimental study of premixed flame propagation over various solid obstructions // Experimental Thermal and Fluid Science. 2000. Vol. 21. Issue 1–3. Pp. 109–116. DOI: 10.1016/S0894-1777(99)00060-6

11. Park D. J., Green A. R., Lee Y. S., Chen Y. C. Experimental studies on interactions between a freely propagating flame and single obstacles in a rectangular confinement // Combustion and Flame. 2007. Vol. 150. Issue 1–2. Pp. 27–39. DOI: 10.1016/j.combustflame.2007.04.005

12. Di Sarli V., Di Benedetto A., Russo G. Using Large Eddy Simulation for understanding vented gas explosions in the presence of obstacles // Journal of Hazardous Materials. 30 September 2009. Vol. 169. Issue 1–3. Pp. 435–442. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.03.115

13. Di Sarli V., Di Benedetto A., Russo G. et al. Large Eddy Simulation and PIV measurements of unsteady premixed flames accelerated by obstacles // Flow Turbulence Combust. 2009. Vol. 83. Pp. 227–250. DOI: 10.1007/s10494-008-9198-3

14. Masri A. R., AlHarbi A., Meares S., Ibrahim S. S. A comparative study of turbulent premixed flames propagating past repeated obstacles // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2012. Vol. 51. Issue 22. Pp. 7690–7703. DOI: 10.1021/ie201928g

15. Molkov V. V., Eber R. M., Grigorash A. V., Tamanini F., Dobashi R. Vented gaseous deflagrations: modelling of translating inertial vent covers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2003. Vol. 16. Issue. 5. Pp. 395–402. DOI: 10.1016s0950-4230(03)00066-4

16. Molkov V. V., Grigorash A. V., Eber R. M., Makarov D. V. Vented gaseous deflagrations: modelling of hinged inertial vent covers // Journal of Hazardous Materials. 2004. Vol. 116. Issue 1–2. Pp. 1–10. DOI: 10.1016j.jhazmat.2004.08.027

17. Горев В. А., Салымова Е. Ю. Использование сэндвич-панелей в качестве эффективных легкосбрасываемых конструкций при внутренних взрывах в промышленных зданиях // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2010. Т. 19. № 2. С. 41–44. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13079703

18. Поландов Ю. Х., Корольченко Д. А., Евич А. А. Условия возникновения пожара в помещении при газовом взрыве. Экспериментальные данные // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 1. С. 9–21. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.9-21

19. Gorev V. Ensuring explosion safety of residential buildings // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 193. P. 03046. DOI: 10.1051/matecconf/201819303046

20. Нигметов Г. М., Сошенко М. В., Шмырев В. И. Подход к оценке нагрузок на сооружение после взрыва бытового газа // Технологии гражданской безопасности. 2018. Т. 15. № 1 (55). С. 28–32. DOI: 10.54234/CST.19968493.2018.15.1.55.5.28 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32721128

21. Gorev V. About dependence of parameters of internal explosion on the device of safety designs in apertures of the protecting walls of the production and residential buildings // VI International Scientific Conference “Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education” (IPICSE-2018). 2018. Vol. 251. P. 02015. DOI: 10.1051/matecconf/201825102015

22. Gorev V. A. Scale model operation of formation of pressure at internal explosion // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1425. Issue 1. P. 012177. DOI: 10.1088/1742-6596/1425/1/012177

23. Gorev V. Actions of explosive loads of the protecting designs taking into account vibration combustion // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. Issue 4. P. 042047. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042047

24. Polandov Yu. Kh., Babankov V. A. Особенности развития газового взрыва в помещении при наличии смежной комнаты // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. 2014. Т. 23. № 3. С. 68–74. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.01.38-46

25. Gorev V., Salymova E. The use of sandwich-panels as a safety and easily thrown off designs for internal explosions // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86. P. 04025. DOI: 10.1051/matecconf/20168604025

26. Gorev V., Chelekova E. Assessment of structural bearing capacity in case of internal explosion // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 263. P. 02048. DOI: 10.1051/e3sconf/202126302048

27. Gorev V., Chelekova E. Internal explosion. Pressure peaks // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 263. P. 02041. DOI: 10.1051/e3sconf/202126302041

28. Горев В. А., Мольков В. В. О зависимости параметров внутреннего взрыва от устройства предохранительных конструкции в проемах ограждающих стен промышленных и жилых здании // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. Т. 27. № 10. С. 6–25. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.10.6-25