Зависимость фактора турбулизации от условий развития взрыва

4.1. Зависимость фактора турбулизации от условий развития горения может быть представлена формулой

(161)

в которой эмпирические коэффициенты a ₁, a ₂, a ₃, a ₄ определяют по табл. 18.

Таблица 18

Эмпирические коэффициенты для расчета фактора турбулизации*

Условия развития горения**	эмпирические коэффициенты
	a 1	a 2	a 3	a 4
Объем сосуда V до 10 м3; степень негерметичности F/V2/3 до 0, 25	0, 15
Объем сосуда V до 200 м3, :
начально открытые сбросные сечения
начально закрытые сбросные сечения
Объем сосуда V до 200м3, :
начально открытые сбросные сечения			0, 8	1, 2
начально закрытые сбросные сечения
Объем сосуда V до 10 м3; степень негерметичности F/V 2/3 до 0, 04; наличие сбросного трубопровода, :
без орошения истекающих газов
с орошением истекающих газов	0, 15

_______

* Для отсутствующих в таблице условий развития горения, например для оборудования объемом более 200 м³, значение фактора турбулизации определяют экспериментально.

** Если в условиях развития горения значение какого-либо параметра не оговорено, то оно может быть любым в допустимом диапазоне.

4.2. Влияние объема аппарата

Для полых аппаратов объемом менее 1 м³ значение фактора турбулизации c=1¸ 2.

С ростом объема аппарата значение фактора турбулизации увеличивается и для полых аппаратов объемом около 10 м³ c=2, 5¸ 5 в зависимости от степени негерметичности (отношение F / V ^2/3) аппарата.

Для сосудов объемом до 200 м³ различной формы с незначительными встроенными внутрь элементами значение фактора турбулизации не превышает c=8.

4.3. Влияние формы аппарата

Для технологического оборудования с отношением длины к диаметру до 5: 1 можно считать, что форма аппарата не влияет на значение фактора турбулизации, так как увеличение поверхности пламени из-за его вытягивания по форме аппарата компенсируется уменьшением поверхности в результате более раннего касания пламенем стенок сосуда.

4.4. Влияние начальной герметизации аппарата

Для полых аппаратов объемом до 200 м³ с начально открытыми сбросными сечениями, например люками, значение фактора турбулизации не превышает c=2, для аппаратов с начально закрытыми сбросными сечениями (мембраны, разгерметизаторы и т. д.) не превышает c=8.

4.5. Влияние степени негерметичности аппарата F/V ^2/3

Увеличение степени негерметичности F / V ^2/3 в 10 раз (от 0, 025 до 0, 25), что равнозначно увеличению площади разгерметизации в 10 раз для одного и того же аппарата, приводит к возрастанию фактора турбулизации в 2 раза (для аппаратов объемом около 10 м³ с c=2, 5 до c=5).

4.6. Влияние максимально допустимого давления взрыва в аппарате (коррелирует с влиянием давления разгерметизации)

При увеличении относительного максимально допустимого давления взрыва внутри оборудования (прочности оборудования) в диапазоне 1< p_m£ 2 значение фактора турбулизации не изменяется. С ростом относительного максимально допустимого давления взрыва выше p_m> 2 (до p_m=p_e) для начально открытых сбросных сечений значение фактора турбулизации снижается с 2 до 0, 8, для начально закрытых — с 8 до 2. Этот результат согласуется с физическими представлениями о том, что при большем значении давления взрыва, которое выдерживает аппарат, меньше площадь сбросного сечения, а следовательно, фронт пламени подвергается меньшему возмущающему воздействию.

4.7. Влияние условий истечения

Если истечение горючей смеси и продуктов сгорания осуществляется через сбросный трубопровод, расположенный за разгерметизирующим элементом и имеющий диаметр, приблизительно равный диаметру сбросного отверстия, то значение фактора турбулизации вне зависимости от объема сосуда (до 15 м³) принимают c=4 (для сосудов со степенью негерметичности F / V ^2/3 около 0, 015¸ 0, 035, когда оснащение сосудов сбросным трубопроводом оправдано по соображениям разумного соотношения характерных размеров сосуда и трубопровода) при условии p_m< 2.

При оснащении системы разгерметизации оросителем или другим аналогичным устройством, установленным в трубопроводе непосредственно за разгерметизатором для подачи хладагента в истекающую из аппарата смесь, значение фактора турбулизации принимают таким же, как при истечении непосредственно из аппарата в атмосферу. Эффект интенсификации горения в сосуде при cбpoce газов через трубопровод исчезает при увеличении давления разгерметизации до 0, 2 МПа при начальном давлении 0, 1 МПа.

4.8. Влияние условий разгерметизации

“Мгновенное” вскрытие сбросного сечения повышает вероятность возникновения вибрационного горения внутри аппарата. Амплитуда в акустической волне вибрационного горения может достигать значений ±0, 1 МПа. Перемешивание смеси, например вентилятором, в процессе развития взрыва приводит к уменьшению амплитуды колебаний давления.

Плавное вскрытие сбросного отверстия, например с помощью малоинерционных крышек, снижает значение фактора турбулизации. В тех случаях, когда время срабатывания разгерметизирующего устройства соизмеримо с временем горения смеси в сосуде, при определении безопасной площади разгерметизации необходимо учитывать динамику вскрытия сбросного отверстия.

4.9. Влияние препятствий и турбулизаторов

Вопрос о влиянии различных препятствий на пути распространения пламени и турбулентности в смеси перед фронтом пламени является одним из определяющих в выборе значения фактора турбулизации. Наиболее правильным методом определения значения фактора турбулизации при наличии внутри аппарата сложных препятствий и турбулизованной смеси можно считать метод, основанный на сравнении расчетной и экспериментальной динамики (зависимость давление — время) взрыва.

Ускорение пламени на специальных препятствиях достигает значений c»15 и более уже в сосудах объемом около 10 м³.

Для углеводородовоздушных смесей турбулентное распространение пламени с автономной генерацией турбулентности внутри зоны горения характеризуется максимальным значением фактора турбулизации c=3¸ 4.

При искусственно создаваемой изотропной турбулентности максимальное значение фактора турбулизации при точечном зажигании не превышает c=4¸ 6. Дальнейшее увеличение степени изотропной турбулентности приводит к гашению пламени.

Для сосудов со встроенными и подвижными элементами, влияние которых на значение фактора турбулизации не может быть в настоящее время оценено, например с использованием литературных данных или экспертным методом, выбор фактора турбулизации должен быть ограничен снизу значением c=8.

4.10. Коэффициент расхода m

Коэффициент расхода m является эмпирическим коэффициентом, учитывающим влияние реальных условий истечения на величину расхода газа, определенную по известным теоретическим модельным соотношениям.

Для предохранительных мембран и разгерметизирующих устройств с непосредственным сбросом продукта взрыва в атмосферу, как правило, m=0, 6¸ 1. При наличии сбросных трубопроводов m=0, 4¸ 1 (включая случай с подачей хладагента в трубопровод непосредственно за мембраной).

Значение коэффициента расхода возрастает в указанном диапазоне с увеличением скорости истечения и температуры истекающего газа, с ростом фактора турбулизации.

Произведение коэффициента расхода на площадь разгерметизации m F представляет собой эффективную площадь разгерметизации.

4.11. Аналог принципа Ле Шателье-Брауна

Согласно критериальному соотношению (158) относительное избыточное давление взрыва

~

Теоретические и экспериментальные исследования процесса сгорания газа в негерметичном сосуде позволили установить аналог принципа Ле Шателье-Брауна: газодинамика горения газа в негерметичном сосуде реагирует на внешнее изменение условий протекания процесса в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Так, увеличение с целью снизить давление взрыва площади разгерметизации F в 10 раз в сосуде объемом порядка 10 м³ сопровождается увеличением фактора турбулизации c в 2 раза. Физическое объяснение наблюдаемого явления достаточно простое: с увеличением площади разгерметизации возрастает возмущающее воздействие на фронт пламени.

Избыточное давление взрыва коррелирует согласно критериальному соотношению (162) с отношением (c/m)², а не просто c. Уменьшение размера ячейки турбулизирующей решетки, приводящее к возрастанию фактора турбулизации в 1, 75 раза (с 8 до 14), сопровождается существенно меньшим увеличением отношения c/m — лишь в 1, 11 раза. Сказанное необходимо учитывать при значениях фактора турбулизации c³ 5.