Особенности расчета параметров газодинамических потоков при аварийных взрывах

Введение. Настоящая статья посвящена вопросам, связанным с расчетами газодинамических потоков, возникающих при аварийных взрывах. Актуальность данной публикации связана со следующими обстоятельствами. Динамические параметры взрывных нагрузок обладают достаточно широким диапазоном, который варьируется по длительности и интенсивности от нескольких миллисекунд и сотен атмосфер до нескольких секунд и нескольких процентов от атмосферы, что определяется типом взрывного явления. В связи с этим общая картина разрушений или послеаварийная обстановка значительно различаются в зависимости от параметров взрывной нагрузки, которая зависит от типа аварийного взрыва. По общей картине разрушений можно определить тип аварийного взрыва, для которого расчетным путем могут быть определены параметры газодинамических потоков, сопровождавших аварийный взрыв. Это позволяет восстановить сценарий развития аварийного взрыва, а иногда и сценарий развития всей аварии.

В настоящей статье на примере анализа последствий аварии и выполненных расчетов газодинамических потоков, формирующихся при аварийном взрыве, восстанавливается сценарий развития аварийной ситуации, что позволяет говорить о причинах обрушения строительных конструкций, произошедших в результате аварии, и о степени вины свидетелей аварии.

Материалы и методы. Дается краткое описание расчетных методов, позволяющих проводить вычисления полей взрывного давления, формирующегося при аварийном взрыве, а также разработанных автором методов расчета газодинамических потоков, сопровождающих аварийный взрыв.

Результаты исследования. Рассматриваются и анализируются результаты физического моделирования локальных дефлаграционных взрывов в помещениях, выполненных в лаборатории строительного университета. Проводится анализ сравнения результатов расчета с экспериментальными данными. Приведены результаты расчета параметров взрывного давления и газодинамических потоков, сопровождавших реальную аварийную ситуацию. Результаты расчета позволили с достаточной точностью восстановить сценарий развития аварии, сопровождавшейся взрывом.

Выводы. Показано, что разработанные математические модели достаточно точно описывают поле взрывного давления и газодинамические потоки, создаваемые аварийными взрывами. Расчет газодинамических потоков, сопровождающих аварийный взрыв, позволяет восстановить сценарий его развития. Описаны основные особенности и трудности, возникающие при математическом моделировании и экспериментальных исследованиях взрывных нагрузок, которые формируются при аварийных взрывах.

Показано, что для правильного прогнозирования нагрузок, которые реализуются при аварийных взрывах, необходимо четко и корректно моделировать физические процессы и рассматривать сценарии развития аварийной ситуации, которые наиболее адекватно соответствуют рассматриваемому объекту и окружающей застройке.

Приведены результаты расчета параметров взрывного давления и газодинамических потоков, сопровожда­ющих реальную аварийную ситуацию, а также пример восстановления сценария развития взрывной аварии.

1. Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д-ра техн. наук. М. : МГСУ, 2001. 460 с.

2. Макеев В.И. Пожарная безопасность зданий, сооружений и объектов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 1992. № 3. С. 34–45.

3. Komarov A., Korolchenko D., Gromov N., Korolchenko A., Jafari M., Gravit M. Specific Aspects of Modeling Gas Mixture Explosions in the Atmosphere // Fire. 2023. Vol. 6 (5). Р. 201. DOI: 10.3390/fire6050201

4. Комаров А.А. Особенности ударных и взрывных воздействий на строительные объекты // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 9. С. 81–88. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-9-81-88

5. Комаров А.А., Бажина Е.В. Воздействие газодинамических потоков, сопровождающих аварийные взрывы, на здания и сооружения // Природообустройство. 2022. № 1. С. 84–92. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-1-84-92

6. Комаров А.А. Расчет газодинамических характеристик потоков при аварийных дефлаграционных взрывах на наружных установках // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2002. Т. 11. № 5. С. 15–18.

7. Комаров А.А. Основы обеспечения взрывобезопасности объектов и прилегающих к ним территорий. М. : Академия ГПС МЧС России, 2015. 90 с.

8. Комаров А.А., Тимохин В.В. Экспериментальное исследование и моделирование процесса формирования взрывоопасных концентраций // Безопасность труда в промышленности. 2023. № 1. С. 84–88. DOI: 10.24000/­0409-2961-2023-1-84-88

9. Комаров А.А., Бажина Е.В. Методы расчета дрейфа тяжелых облаков с учетом движения среды // Без­опасность труда в промышленности. 2022. № 7. С. 7–14. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-7-7-14

10. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Теоретическая физика. Т. VI. М. : Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986. 736 с.

11. 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

12. Kashevarova G., Pepelyaev A. Numerical simulation of domestic gas deflagration explosion and verification of computational techniques // Advanced materials research. 2013. Vol. 742. Pp. 3–7. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.742.3

13. Koshiba Y., Hasegawa T., Kim B., Ohtani H. Flammability limits, explosion pressures, and applicability of le Chatelier’s rule to binary alkane- nitrous oxide mixtures // Journal of loss prevention in the process industries. 2017. Vol. 45. Pp. 11–19. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.11.007

14. Авиационная акустика / под ред. А.Г. Мунина. М. : Машиностроение, 1973. 448 с.

15. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М. : Наука, 1976. 400 с.

16. Xu Ying, Yimiao Huang, Guowei Ma. A review on effects of different factors on gas explosions in underground structures. Underground space, July. Elsevier BV. 2019. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.05.002

17. Cen Kang, Song Bin, Shen Ruiqing, Zhang Yidong, Yu Wuge, Wang Qingsheng. Dynamic Characteristics of Gas Explosion and Its Mitigation Measures inside Residential Buildings // Mathematical Problems in Engineering. 2019. Nо. 5. Рр. 1–15. DOI: 10.1155/2019/2068958.

18. Remennikov A.M., Rose T.A. Modelling blast loads on buildings in complex city geometries // Computers & Structures. 2005. Vol. 83. No. 27. Pp. 2197–2205. DOI: 10.1016/j.compstruc.2005.04.003

19. Bao Q., Fang Q., Zhang Y., Chen L., Yang S., Li Z. Efects of gas concentration and venting pressure on overpressure transients during vented explosion of methane-air mixtures // Fuel. 2016. Vol. 175. Pp. 40–48. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.01.084

20. Fakandu B.M. Vented gas explosions. University of Leeds. 2014. 358 p.

21. Wei Sh., Deng H., Dong J., Xu Zh., Yan M., Chen G. The experimental study on deflagration dynamics of premixed flame in T-type tube // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 2022. Vol. 44. Issue 3. Pp. 7347–7364. DOI: 10.1080/15567036.2022.2109777