V. Расчет параметров осколков

Осколки при взрывах делятся на первичные (фрагменты материала, емкости, оболочки) и вторичные, возникающие под действием ударной волны на различные объекты.

Начальная скорость первичного осколка, м/с:

, (30)

где Q_m – удельная теплота взрыва конденсированных ВВ;

Q_mстх – удельная теплота взрыва ГПВС, находящейся без

избыточного давления;

Q = Q = (Q_mстх + DP/ (g - 1)) –полная энергия смеси взрывоопасного

газа, находящегося под давлением;

Q = DP/ (g - 1) – энергия инертного газа, находящегося под

избыточным давлением.

b=С/m. В зависимостях: С - масса заряда, кг; Q - удельная теплота взрыва, Дж/кг; m – масса оболочки, кг;

. Здесь: - плотность газа при нормальных условиях, кг/ ; - плотность газа в емкости, кг/ ; g - показатель изентропы (табличная величина); - избыточное давление в емкости, Па;

Р – внутреннее давление в емкости, Па;

- атмосферное давление. DР = Р – Р0.

Радиус разлета осколков

, м, где H - высота центра взрыва, м; g - ускорение свободного падения, м/ .

Пороговая скорость осколка массой m, г, по критерию тяжелого ранения человека

, м/с. (31)

Примечание: аварийные взрывы емкостей с ГПВС под внутренним давлением изложены в учебном пособии кафедры.

VI.Расчет параметров проникающей радиации ЯВ.

Поражающее действие ПР определяется суммированием доз

g - излучением (Дg) и нейронов (n⁰) - Д n⁰

Дсум = Д + Д n⁰ ,рад. (32)

Поток нейтронов

(33)

где Фn⁰ – поток нейтронов, n⁰/м²;

q – мощность ЯВ, кт;

R – расстояние от центра взрыва до заданной точки, м.

Мощность дозы мгновенного гамма – излучения

рад/ч. (34)

Доза осколочного гамма - излучения

рад. (35)

Доза захватного гамма – излучения

рад. (36)

Доза мгновенного гамма – излучения

рад (37)

Суммарная доза гамма – излучения ПР

Дg = Доск +Дзах + Дмгн, рад (38)

Замечание к формуле (36). Доза мгновенного гамма – излучения за ничтожное малое время (доли микросекунд) мала. Ее значением можно пренебречь. Но мощность дозы этого излучения достигает больших величин по сравнению с осколочным и захватным.

Более строгое значение Дg (36) будет

Дg = Доск +Дзах + Р1t1, т.е. с учетом максимальной дозы облучения после взрыва.

VII. Расчет параметров электромагнитного импульса (ЭМИ) ЯВ

электромагнитного поля.

Напряженность горизонтальной составляющей электрического поля

В/м. (39)

где ЕГ – напряженность горизонтальной составляющей электрического поля, В/м;

R – расстояние от центра взрыва, км;

q - мощность ЯВ, кт.

Напряжение, наводимое ЭМИ в горизонтальных (ИГ) и вертикальных (ИВ) проводах

ИГ = ЕГ ×lГ и ИВ = 500 ИГ = 500ЕГ ×lВ ,В (40)

lГ и lВ – максимальная длина горизонтальных и вертикальных не экранированных проводов, м.

IV. Достоверно оценить воздействия взрыва на объекты весьма сложно. При оценке воздействия взрыва необходимо учитывать: мощность и положение центра взрыва; ориентацию объекта к центру взрыва: возможную экранировку и затенение объекта от различных препятствий: характеристику объекта, его геометрию, массовые, инерционные, жесткостные, прочностные и др. параметры его конструкций, а также периоды собственных колебаний зданий и сооружений. Подобная оценка выходит за рамки програмного обучения и нами рассматриваться не будет.

Для приближенной оценки степени повреждения (поражения) объекта используют обобщенные экспериментальные данные и результаты анализа прошлых аварий. При приближенной оценке чаще всего используют только один параметр поражающего фактора взрыва

( допустим, только , ,I или Q).

хотя реально на любой объект одновременно действует несколько поражающих факторов, каждый из которых имеет свои конкретные значения параметров.

Для оценки воздействия взрыва на любой объект надо решить две задачи. Необходимо, во-первых, установить (расчетом или измерением) величины параметров поражающих факторов взрыва. Во-вторых, установить степень разрушения (поражения) объекта по выбранным критериям оценки и сравнения их величин с расчетными данными.

1.Действие ударной волны на объекты.

Ударная волна вызывает разрушения или повреждения зданий городской застройки, промышленных зданий и сооружений, систем электро, - газо,- водоснабжения, транспортных средств, различного оборудования, механизмов и др. объектов. Различают четыре степени разрушений зданий и сооружений в очагах поражения, исходя из опытных данных: полные, сильные, средние, слабые. За основной критерий оценки чаще принимают и удельный импульс I.

За внешние границы зон разрушений принимаются условные линии, на которых волны равны: >50 кПа – полные разрушения, =30-50 кПа – сильные разрушения; = 20-30 кПа – средние; = 10-20 кПа – слабые разрушения. Заметим, что цифровые значения для каждой степени разрушений весьма приближенные и касаются главным образом жилых и промышленных зданий. За границы очага разрушения (поражения) принято считать радиус с =10 кПа при ЯВ и =7кПа – при взрывах обычных ВВ.

При полном разрушении обрушивается большая часть несущих конструкций – стен, колон и перекрытий. Использовать здания невозможно. Сильное разрушение характеризуется частичным разрушением стен и перекрытий и полным разрушением легких элементов (дверей, перегородок, крыш и др.). Использовать здания невозможно. Среднее разрушение – несущие конструкции получают деформации, прогибы, трещины; второстепенные конструкции разрушаются полностью. Слабые разрушения соответствуют повреждению или деформациям отдельных легких элементов (окон, дверей, стекол). Полные и сильные разрешения требуют нового строительства. Средние и слабые разрушения требуют капитальных и средних затрат на свое восстановление. Полные разрушения на сетях коммунального и электрического хозяйства характеризуются выходом из строя значительных участков трубопроводов, разрывом кабелей, обрушением опор воздушных линий электропередач и т.п. Подобные разрушения нельзя устранить при капитальном ремонте.

Заметим, что железнодорожный подвижной состав может эксплуатироваться после воздействия избыточных давлений: вагоны – до 40 кПа, тепловозы и электровозы – до 60 кПа.

Оценку разрушающего действия волны на объекты по можно дать используя табличные данные, представленные в учебнике и учебном пособии кафедры.

2.Действие волны на людей.

Поражение людей возможно от барического ( ) и метательного ( ) воздействия волны. При воздействии избыточного давления возможны различные степени поражения людей при значениях :

20-40 кПа – условно 1 – ой степени, легкое (разрыв барабанных перепонок, кровоизлияние в легкие); 40-60 кПа – все 1-ой степени плюс вывихи, ушибы, мышечные кровоизлияния, переломы ребер, общее сотрясение всего организма, поражение второй степени; 60-100 кПа – давление трудно переносимое организмом, состояние сильной контузии, переломы костей, повреждение внутренних органов и др. (поражение третий степени, тяжелое); 100 кПа и более – поражение 4 – ой степени, крайне тяжелое вплоть до летального исхода.

При скоростях отброса тела человека наступает: 6 м/с – порог поражения; 16,5 м/с – 50% потерь; 42 м/с – 100% потерь.

Для оценки воздействия ВУВ на объекты существует ряд других методик, которые наиболее полно изложены в учебном пособии ч.2 кафедры «ЧС технического характера».

3.Тепловое действие взрывов.

Критериями оценки являются величины теплового потока q и теплового импульса Q. Оценка воздействия производится путем сравнения расчетных величин q или Q с табличными данными, которые характеризуют ту или иную степень воздействия (возгорание, обугливание, ожоги и т.д.). Так, минимальная величина импульса, вызывающая воспламенение древесных материалов составляет0,4 МДж/ м².

Болевой температурный порог для кожи человека соответствует tпор=44°С. При t > tпор степень поражения зависит от длительности и величины потока. Кожа человека выдерживает тепловой поток q = 21 к Вт/ м² в течение двух секунд, т.е. импульс Q = 42 кДж/ м². Различают 4 степени ожогов человека тепловым излучением: первая, вторая, третья и четвертая при Q,кДж/м²; 100 – 200; 200-400; 400-600 и более 600 соответственно. Смертельный исход для человека наступает при Q = 600кДж/ м² и более.

4.Поражающее действие осколков.

Любой аварийный взрыв сопровождается образованием осколков, которые делятся на первичные – фрагменты тары, упаковки, вагона, контейнера, цистерны и др. и вторичные, возникающие от воздействия ВУВ.

Поражающее действие осколков будет зависеть от энергии, которой они обладают. Энергия зависит от массы, скорости осколков,

т.е.W = mV²/2. Статистика свидетельствует, что для ВВ в обычной оболочке первичные осколки имеют массу не более 75 грамм (в99%); масса 1-20 г составляет 50%. Начальная скорость осколков может составлять 1735-2378 м/с. Вторичные осколки также способны наносить значительный урон живым объектам. Так, при =35 кПа плотность летящих осколков может достигать 3500 шт. на квадратный метр при средней скорости перемещения предметов (стекол, камней, шлака, дерева и др.) порядка 50 м/с.

Пороговая скорость осколка массой m, кг, по критерию тяжелого ранения человека Vпор=5 m^-0,5

5. Оценка воздействия проникающей радиации, ЭМИ ядерного взрыва.

Основные расчетные формулы (изложены в п.п. VI и VII лекции 5),а методики защиты оборудования и людей от воздействия указанных факторов ЯВ наиболее полно изложены в части второй учебного пособия кафедры.

В заключении этого раздела отметим, что поражающие факторы первичных взрывов могут значительно усиливаться за счет вторичных взрывов, вызванных пожарами или иными причинами ( эффектом «домино»). Расчеты по оценке воздействия взрывов на объекты носят вероятностный характер, так как прогнозирование последствий идет с различными допущениями и упрощениями.

* На границе облака DP₂ = DP_ф и R = R_o