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TNT当量计算

归档日期:06-10       文本归类:爆炸当量      文章编辑:爱尚语录

  TNT当量计算_能源/化工_工程科技_专业资料。1 物理爆炸的能量 物理爆炸如压力容器破裂时,气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容 器的容积有关, 而且与介质在容器内的物性相态有关。 有的介质以气态存在, 如空气、 氧气、 氢气等,

  1 物理爆炸的能量 物理爆炸如压力容器破裂时,气体膨胀所释放的能量(即爆破能量)不仅与气体压力和容 器的容积有关, 而且与介质在容器内的物性相态有关。 有的介质以气态存在, 如空气、 氧气、 氢气等,有的以液态存在,如液氨、液氯等液化气体、高温饱和水等。容积与压力相同而相 态不同的介质,在容器破裂时产生的爆破能量也不同,爆炸过程也不完全相同,其能量计算 公式也不同。 1.1 压缩气体与水蒸气容器爆破能量 当压力容器中介质为压缩气体, 即以气态形式存在而发生物理爆炸时, 其释放的爆破能 量为: (1) 式中 Eg——气体的爆破能量,kJ; p——容器内气体的绝对压力,MPa; V——容器的容积,m3; κ ——气体的绝热指数,即气体的定压比热与定容比热之比。 常用气体的绝热指数数值如表 1 所示。 表 1 常用气体的绝热指数 从表 1 可看出,空气、氮、氧、氢及一氧化氮、一氧化碳等气体的绝热指数均为 1.4 或近似 1.4,如用κ =1.4 代入式(1)中,得到气体的爆破能量为: (2) Eg=CgV (3) 式中 Cg——常用压缩气体爆破能量系数,kJ/m3。 压缩气体爆破能量系数 Cg 是压力 p 的函数,各种常用压力下的气体爆破能量系数如表 2 所示。 表 2 常用压力下的气体容器爆破能量系数(κ =1.4 时) 如将κ =1.135 代入式(1),可得干饱和蒸汽容器爆破能量为: (4) 用式 4 计算有较大的误差, 因为没有考虑蒸汽干度的变化和其他一些影响, 但可以不用 查明蒸汽热力性质而直接计算,对危险性评价可提供参考。 对于常用压力下的干饱和蒸汽容器的爆破能量可按下式计算: Es=CsV (5) 式中 Es——水蒸气的爆破能量,kJ; V——水蒸气的体积,m3; Cs——干饱和水蒸气爆破能量系数,kJ/m3。 各种常用压力下的干饱和水蒸气容器爆破能量系数如表 3 所示。 表 3 常用压力下干饱和水蒸气容器爆破能量系数 1.2 介质全部为液体时的爆破能量 通常用液体加压时所做的功作为常温液体压力容器爆炸时释放的能量,计算公式如下: (6) 式中 EL——常温液体压力容器爆炸时释放的能量,kJ; p——液体的压力(绝),Pa; V——容器的体积,m3; — β t——液体在压力卢和温度 T 下的压缩系数,Pa 1。 1.3 液化气体与高温饱和水的爆破能量 液化气体和高温饱和水一般在容器内以气液两态存在, 当容器破裂发生爆炸时, 除了气 体的急剧膨胀做功外,还有过热液体激烈的蒸发过程。在大多数情况下,这类容器内的饱和 液体占有容器介质重量的绝大部分, 它的爆破能量比饱和气体大得多, 一般计算时不考虑气 体膨胀做的功。过热状态下液体在容器破裂时释放出爆破能量可按下式计算: E=[(H1—H2)—(S1—S2)T1]W (7) 式中 E——过热状态液体的爆破能量,kJ; H1——爆炸前液化液体的焓,kJ/kg; H2——在大气压力下饱和液体的焓,kJ/kg; S1——爆炸前饱和液体的,熵,kJ/(kg·℃); S2——在大气压力下饱和液体的熵,kJ/(kg·℃); T1——介质在大气压力下的沸点,℃; W——饱和液体时质量,kg。 饱和水容器的爆破能量按下式计算: Ew=CwV (8) 式中 Ew——饱和水容器的爆破能量,kJ; V——容器内饱和水所占的容积,m3; Cw——饱和水爆破能量系数,kJ/m3,其值如表 4 所示。 表 4 常用压力下饱和水爆破能量系数 表 5 冲击波超压对人体的伤害作用 表 6 冲击波超压对建筑物的破坏作用 2.2 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: — △p∝R n (9) 式中 △p——冲击波波阵面上的超压,MPa; R——距爆炸中心的距离,m; n——衰减系数。 衰减系数在空气中随着超压的大小而变化,在爆炸中心附近内为 2.5~3;当超压在数 个大气压以内时,n=2;小于 1atm(0.1MPa)时,n=1.5。 实验数据表明,不同数量的同类炸药发生爆炸时,如果距离爆炸中心的距离 R 之比与 炸药量 q 三次方根之比相等,则所产生的冲击波超压相同,用公式表示如下: 如 式中 R——目标与爆炸中心距离,m; (10) R0——目标与基准爆炸中心的相当距离,m; q0——基准爆炸能量,TNT,kg; q——爆炸时产生冲击波所消耗的能量,TNT,kg; △p——目标处的超压,MPa; △p0——基准目标处的超压,MPa; α ——炸药爆炸试验的模拟比。 式 10 也可写成为: △p(R)=△p0(R/α ) (11) 利用式 11 就可以根据某些已知药量的试验所测得的超压来确定在各种相应距离下任意 药量爆炸时的超压。 表 7 是 1 000kgTNT 炸药在空气中爆炸时所产生的冲击波超压。 表 7 1 000k8TNT 爆炸时冲击波超压 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 2~式 8 计算出其爆破能量 正。 (2)将爆破能量 q 换算成 TNT 当量 q0,因为 1kg TNT 爆炸所放出的爆破能 量为 4230 kJ/kg~4 836kJ/kg, 一般取平均爆破为 4 500kJ/kg, 故其关系为: q=E/qINT=E/4 500 (12) (3)按式 10 求出爆炸的模拟比α ,即: α =(q/q0)1/3=(q/1 000) 1/3=0.1q1/3 (13) (4)求出在 1 000kgTNT 爆炸试验中的相当距离 R0,即 R0=R/α 。 (5)根据 R0 值在表 7 中找出距离为 R0 处的超压△p0(中间值用插入法), 此即 所求距离为 R 处的超压。 (6)根据超压△p 值, 从表 5 和表 6 中找出对人员和建筑物的伤害一破坏作用。

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