压力容器爆 炸冲击波精讲.docVIP

19．3．3爆炸冲击波及其伤害、破坏作用 压力容器爆炸时，爆破能量在向外释放时以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量3种形式表现出来。后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3％～15％，也就是说大部分能量是产生空气冲击波。 1)爆炸冲击波 冲击波是由压缩波叠加形成的，是波阵面以突进形式在介质中传播的压缩波。容器破裂时，器内的高压气体大量冲出，使它周围的空气受到冲击波而发生扰动，使其状态(压力、密度、温度等)发生突跃变化，其传播速度大于扰动介质的声速，这种扰动在空气中的传播就成为冲击波。在离爆破中心一定距离的地方，空气压力会随时间发生迅速而悬殊的变化。开始时，压力突然升高，产生一个很大的正压力，接着又迅速衰减，在很短时间内正压降至负压。如此反复循环数次，压力渐次衰减下去。开始时产生的最大正压力即是冲击波波阵面上的超压△p。多数情况下，冲击波的伤害、破坏作用是由超压引起的。超压△p可以达到数个甚至数十个大气压。 冲击波伤害、破坏作用准则有：超压准则、冲量准则、超压一冲量准则等。为了便于操作，下面仅介绍超压准则。超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值，便会对目标造成一定的伤害或破坏。超压波对人体的伤害和对建筑物的破坏作用见表28—9和表28一10。 2)冲击波的超压 冲击波波阵面上的超压与产生冲击波的能量有关，同时也与距离爆炸中心的远近有关。冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为： 衰减系数在空气中随着超压的大小而变化，在爆炸中心附近为2．5～3；当超压在数个大气压以内时，n=2；小于1个大气压n=1．5。 实验数据表明，不同数量的同类炸药发生爆炸时，如果R与R0比与q与q0之比的三次方根相等，则所产生的冲击波超压相同，用公式表示如下： 利用式(28—52)就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定任意药量爆炸时在各种相应距离下的超压。 表28一11是1000kgTNT炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。 综上所述，计算压力容器爆破时对目标的伤害、破坏作用，可按下列程序进行。 (1)首先根据容器内所装介质的特性，分别选用式(28—43)至式(28—49)计算出其爆破能量E。 (2)将爆破能量q换算成TNT当量qTNT。因为1kgTNT爆炸所放出的爆破能量为4230～4836kJ／kg，一般取平均爆破能量为4500kJ／kg，故其关系为： (3)按式(28—51)求出爆炸的模拟比a，即： (4)求出在1000kgTNT爆炸试验中的相当距离R0，即R0=R／a。 (5)根据Ro值在表28一11中找出距离为R0处的超压△p0(中间值用插人法)，此即所求距离为尺处的超压。 (6)根据超压△p值，从表28—9、表28—10中找出对人员和建筑物的伤害、破坏作用。 3)蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径 爆炸性气体以液态储存，如果瞬间泄漏后遇到延迟点火或气态储存时泄漏到空气中，遇到火源，则可能发生蒸气云爆炸。导致蒸气云形成的力来自容器内含有的能量或可燃物含有的内能，或两者兼而有之。“能”的主要形式是压缩能、化学能或热能。一般说来，只有压缩能和热量才能单独导致形成蒸气云。 根据荷兰应用科研院TNO(1979)建议，可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波的损害半径：