Общий разговор, из ветки АЭС Фукусима Опции

[kandid]

Kandid,

ну это уж точно не к нам. Это к коллайдерам.
<...>
К законам природы мы относимся со всем причитающимся почтением

Не, не, не! Я ведь совсем не для того отреагировал, чтобы здесь и сейчас начать обсуждение чрезмерной любознательности (типа, мы за ценой не постоим) наиболее интеллектуально продвинутой части Человечества. Зачем сюда на форум тащить еще и те проблемы?

Просто Ваше "Атомная энергетика не может отменить явления природы" мне понравилось и захотелось подчеркнуть, что "не может" не только потому, что не может, но и потому, что не особо хочет. И - повторяю еще раз - это хорошо!

[XBOCT]

Что до атомной энергетики, то она использует для своей работы природный процесс деления тяжёлых ядер, и только его интенсифицирует. К законам природы мы относимся со всем причитающимся почтением

Это понятно. А задача конструкторов и эксплуатационщиков выбрать "хорошие" законы (ну там ослабление в слое бетониума и чугуниума, а не массоперенос кориума в рыбиуме).

[AtomInfo.Ru]

И - повторяю еще раз - это хорошо!

Это в целом очевидно. Мы давно не наука, мы - промышленность. Поэтому и интересы более приземлённые. Например, как увеличить число дизель-генераторов на блоках и правильно их расставить

Науку в атоме сделали в первые послевоенные годы. Создали физические теории, предложили матаппарат, нарисовали концепции на будущее. Теперь это всё с разным успехом претворяется в жизнь.

Можно убедиться хотя бы по темам диссертаций, защищающихся в отрасли. Они примерно такие: "Течение кориума в рыбиуме, если рыбиум - это два лососия" в развитие предыдущей работы, когда под рыбиумом понималось три сельдиума.

Когда (и если) коллайдеры станут промышленностью, они тоже забудут о бозонах Хиггса. Но пока они - наука.

[Rajvola]

Это понятно. А задача конструкторов и эксплуатационщиков выбрать "хорошие" законы (ну там ослабление в слое бетониума и чугуниума, а не массоперенос кориума в рыбиуме).

Украинская Рада год-два тому назад попыталась. Прошло по всем газетам: на Раде предложили законодательно ускорить скорость рапада радиоактовных ядер разов в пяток. И обругали физиков. Дескать, занимаются фигней, а вот им и дело!

[инженер_Гарин]

Украинская Рада год-два тому назад попыталась. Прошло по всем газетам: на Раде предложили законодательно ускорить скорость рапада радиоактовных ядер разов в пяток. И обругали физиков. Дескать, занимаются фигней, а вот им и дело!

Особенно отмороженные одаренные и сейчас требуют денег (всего 50 тысч евро) под эту идею, к энергоатому пристают, к инспекции вопиют, чтоб поддержали и принудили

[kandid]

Об украинских ускорителях распада ничего не знаю - могу только за себя сказать.

Идея ускорения распада (речь о бета-распаде) не представляется глупой. Более того...

• Во-первых, нет ни одного известного физического закона, напрочь запрещающего реализацию такой идеи.
• Во-вторых, как раз известны рутинные экспериментальные факты, указующие пути поиска. Да и теория кое-что на эту тему подсказывает.
• В-третьих, ускорение, конечно, не в пяток раз, а на порядки. В этом случае можно как-то рассчитывать на выделение энергии большей, чем затраты на управление процессом.
• В-четвертых, если бы, да кабы, то это и было бы революционным поворотом в ядерной энергетике: дешевые, надежные и абсолютно безопасные реакторы малой мощности (от десятков киловатт, или даже меньше), не плодящие, а уничтожающие радионуклиды. Дополнительный бонус - никаких ограничений для маневрирования мощностью.
• В-пятых, для какого-то предварительного продвижения 50 тыс. евро все же маловато будет. Такие суммы не в Раде просят, а занимают у друзей-приятелей. Но что с ней можно сделать? На первый настольный макет нужно раз в десять больше, но на измерительную аппаратуру уже не останется.
• В-шестых. Главная проблема все же не деньги. Наезженная колея, инерция мышления... То есть, если даже все грамотно расписать, то никто читать не будет. Но это не тот случай, когда можно расписать, не прибегая к эксперименту. Потому как Terra Incognita. А вот отвлекитесь, господа физики, от сиюминутности, отбросьте фантастические мечты и просто, беспристрастно, без затей попробуйте ответить на вопрос: начиная со второй половины ХХ-го века много ли есть примеров, когда ученый люд совался в страну неизведанную?
  Мой личный пессимистический взгляд видит только гонки по магистралям. Все бегут, боясь отстать от лидеров в "главном" направлении развития. Потому оно и главное, что все прут по нему.
  Служенье муз не терпит суеты. А гонки по магистрали вообще мозги вышибают. Потому-то и появляются БААААААЛЬШИЕ КОЛЛАЙДЕРЫ. Если ни ума, ни фантазии, то как же без него?

Сообщение отредактировал kandid - 10.7.2011, 19:13

[Dozik]

Об украинских ускорителях распада ничего не знаю - могу только за себя сказать.

Несколько лет назад, в концерне, слышал доклад нескольких авторов из ФЭИ Обнинского по поводу ускорения распада радионуклидов под внешним воздействием. Сразу не послали, сказали, что либо нобель либо... Нобеля пока не давали...

[kandid]

Несколько лет назад, в концерне, слышал доклад нескольких авторов из ФЭИ Обнинского по поводу ускорения распада радионуклидов под внешним воздействием. Сразу не послали, сказали, что либо нобель либо... Нобеля пока не давали...

В докладе были только рассуждения, или хоть какие-то экспериментальные данные?
А ссылочку на доклад или хотя бы имена авторов нельзя ли?
_______________________________________________________________
P.S. Я надеюсь, что доклад был не из серии о том, как дети-индиго мысленным усилием влияют на скорость распада. И дело даже вовсе не в том, что я в такое не верю. Дело в том, что даже признание таких историй за факт ничего не дает для продвижения в означенном направлении.

Сообщение отредактировал kandid - 11.7.2011, 0:37

[renegade1951]

Прошу прощения у почтенной публики, за то, что Ваш философский диспут на тему: "Откуда есть пошла Вселенная и, что было первично в этом деле...." несколько разбавлю земной прозой.

Всё-таки "как удивительно, порой, тасуется колода...".

Проводили тут у нас, как у Вас говорят, стресс-тесты.... Погода ужасная, "сверху мокро, снизу грязно, посредине безобразно", любил проговаривать в таком случае мой комдив. Так вот, наряду с полем, были и кабинетные, то бишь штабные, посиделки. И что Вы думаете, один из прилетевших на "голубом вертолёте", решил проверить личный состав не только на владение практическими навыками, но и теоретический базис воинов решил прощупать.

И вот, эта светлая голова ставит задачу младшему комсоставу:

"Слушай вводную! Противник силами трёх РДГ полностью вывел из строя энергоснабжение, водоснабжение и перекрыл подъездные пути к объекту А. В результате действий групп противника на объекте А возникла аварийная ситуация, сопряжённая с масштабными взрывами.

Слушай Приказ! На основании данных полевой разведки и аэрофотосъёмки определить:
1......
2......
3......
4. Явились ли взрывы на объекте А результатом действий РДГ или это результат технологической аварии.
4. Массу взрывчатого вещества, которое, предположительно, использовала РДГ противника.
5. Возможные просчёты при проектировании объекта А с точки зрения взрывобезопасности.
6......
7......"
и так далее, и так далее.

После этого командирам групп выдал по огромному пакету из плотной бумаги и скомандовал: "Приступить! Время пошло."

Каково же было наше удивление, когда на разборе полётов мы увидели, что пока мы протирали в штабе полевые штаны, наш младший комсостав с упоением обсчитывал славную Фукусиму.

Памятуя давнее обещание, я позволил себе воспользоваться случаем и, с помощью ножниц и клея, соорудил из работы одного воина, некоторое подобие статейки, которую и предлагаю Вашему вниманию.

Итак, часть первая....

Марлезонский балет в пяти частях без пролога и эпилога

«Как погибают замыслы с размахом, в начале обещавшие успех…»

Быть или не быть, вот в чем вопрос. Достойно ль
Смиряться под ударами судьбы,
Иль надо оказать сопротивленье
И в смертной схватке с целым морем бед
Покончить с ними?
Уильям Шекспир. «Гамлет»

«Неведомая газообразная фигня…»

Есть многое на небе и земле,
Что и во сне, Горацио, не снилось
Твоей учености.
Уильям Шекспир. «Гамлет»

Пришла пора разобраться с «неведомой газообразной фигнёй». Вначале определимся, как говорит мой командир разведроты, на местности.

Итак, что нам известно?

Известны степени разрушений зданий блоков. Согласно таблицам, эти разрушения соответствуют избыточным давлениям во фронте ударной волны в интервале от 30 до 70 кПа, а в некоторых случаях и 100 кПа.

При помощи эмпирической формулы мы рассчитали, что такие разрушения соответствуют взрыву 1647 кг тротила. Строго говоря, учитывая материал зданий блоков и разные степени разрушения, а также расположение заряда – это количество ТНТ будет находиться в интервале от 800 кг до 3200 кг. Эти цифры справедливы для неконтактного расположения заряда, то есть в центре зала и на некоторой высоте.

Ещё мы узнали, что между «неведомой газообразной фигнёй» и ТНТ имеется существенная разница. А именно:
- ТНТ взрывается за счёт веществ содержащихся в составе ВВ
- «неведомая газообразная фигня» может взорваться только, если к ней кое-что добавить.

Помните, цитату из книги академика А.Н.Крылова?

«Мы видели, что существенным признаком взрывчатых веществ, служит: сгорать или разлагаться за счет веществ, в них самих содержащихся, без притока кислорода извне, поэтому их горение (пороха) или детонация происходит во всей массе с весьма большою скоростью.
Порох одинаково взорвется (сгорит) и в атмосфере азота, и в пустоте, и в атмосфере углекислоты и пр., в которых ни нефть, ни керосин, ни бензин не горят — что же у них взрывается?
Все эти жидкости содержат в своём составе более или менее летучие вещества — всем известно, как быстро „сохнет“, т.е. испаряется бензин. Вот эти-то пары, находясь в закрытом или вообще мало вентилируемом пространстве, смешиваясь с воздухом, образуют взрывчатые газовые смеси, подобные гремучему газу, представляющему смесь водорода с кислородом. К какой же категории относятся нефть и ее продукты: керосин, бензин, лигроин и пр.? В обыденной речи часто можно слышать: „взорвалась нефть“, „взорвался бензин“ и т.д. — как понимать эти выражения? Все эти выражения фигуральные и употребляются лишь для простоты и краткости речи».

Таким образом, «неведомая газообразная фигня» взорвётся только в том случае, если её смешать с кислородом или газовой смесью, содержащей кислород. И не просто смешать, а смешать в определённой пропорции.
Кроме того, нам известно, что речь идёт об аварии на АЭС, в результате которой, в замкнутом и, нагретом до температуры выше 100 С, объёме, вода вступила в некую химическую реакцию, в результате которой и было произведено за некоторое время некоторое количество водорода. Сопутствующим продуктом был водяной пар.

Хозяева этого объекта говорят, что всего выделилось водорода в разных местах 300, 650 и 800 кг.
Вот теперь мы, с полным правом, можем назвать «некую газообразную фигню» смесью водорода с воздухом и водяным паром.

Используя имеющиеся данные нам предстоит решить классическую задачу определения количества ВВ по заданным последствиям взрыва. Точнее, соответствует ли заявленное количество водорода мощности взрыва и тем разрушениям, которые мы видим на объекте.

Для решения таких задач используются те же функциональные зависимости, что и для задач по прогнозированию, но применяется несколько иной подход. Так, при прогнозировании мы должны получить результаты, которые обеспечат безопасность объекта с некоторым запасом. Иначе говоря, мы принимаем такие исходные данные при которых количество ВВ, например, получится больше, иногда на порядок, с тем, чтобы при расчёте безопасных расстояний до эпицентра взрыва мы получили бы заведомо безопасные расстояния от эпицентра при любых условиях.

Для наглядности, при расчёте интенсивности сдувки водорода на ВВЭР-440 принимается, что безопасная концентрация водорода должна составлять 0,4%, тогда как минимальная взрывоопасная концентрация водорода составляет 4%. То есть, имеем десятикратный запас.

Вообще говоря, водород и его смеси с кислородом и воздухом, представляют собой некоторую особенную категорию в сравнении с другими газо-воздушными смесями.

Так, например, исследования, выполненные ОАО «Криогенмаш» и ВНИИПО, показали, что смесь водорода и воздуха, при образовании облака на открытой местности может детонировать только в случаях возникновения стехиометрической смеси. Инициировать детонацию в этом случае возможно только зарядом с мощностью не менее 4-5 г ТНТ. Время перемешивания водорода с воздухом значительно и такое облако может смещаться на местности под действием аэродинамических сил. При этом на практике, образование однородной стехиометрической смеси в области смешения водорода с воздухом невозможно. То есть в реальной жизни получить детонацию такого облака нельзя.

Это подтвердил и эксперимент, когда на открытой местности вылили, примерно, 10 куб. м жидкого водорода, который после испарения просто сгорел без детонации. Хотя, для смесей жидкого водорода всегда считается, что детонация возможна во всех случаях.

Ещё в далёком 1940 году в «Журнале экспериментальной и технической физики» была опубликована статья Я.Б.Зельдовича, в которой были изложены основы физической сущности процесса детонации. В этой публикации было определено направление развития теории газовой детонации.

В дальнейшем стало ясно, что реальные детонационные волны сложнее по структуре, чем идеальная модель, рассмотренная Я.Б.Зельдовичем. Однако, модель Зельдовича-Неймана-Деринга сохраняет свою актуальность и сегодня.

Позже разработку теоретических и практических основ объёмных взрывов различного происхождения проводили творческие коллективы под руководством Б.Е.Гельфанда, М.В.Сильникова, М.В.Бесчастнова и других. Не говоря уже об интенсивных исследованиях, проводимых в этом направлении за рубежом.

Итак, мы говорим о явлении объёмного взрыва в результате образования горючей смеси из газов, паров, пыли или капель горючего вещества с воздухом или кислородом. Если облако такой смеси воспламеняется, то по облаку распространяется фронт горения с повышением давления и температуры. Повышение давления и температура зависят от состава смеси. В работе Б.Е.Гельфанда отмечается интересный факт, что «если тротил превратить в пыль и смешать с воздухом, то при горении такой смеси повышение давления окажется не выше, чем при сгорании древесной пыли».

Различают два режима горения смесей горючего с окислителем детонационный и дефлаграционный, независимо от того, в каком объёме сформировано облако смеси, ограниченном или неограниченном.

И хотя при дефлаграции возможен сверхзвуковой режим горения, но ведущей стадией является процесс передачи тепла за счёт конвекции и теплопроводности. Поэтому ударная волна практически отсутствует.

При детонации же, ведущей стадией оказывается процесс самоподдерживающегося самовоспламенения в комплексе с ударной волной и последующим горением.

Опытные данные показывают, что максимальные нагрузки по давлению возникают при детонации облаков, образованных смесью горючего и окислителя. А из-за сложностей прогнозирования режимов взрывного превращения в облаке, независимо от того в каком объёме это облако образовалось, ограниченном или неограниченном, степень опасности аварийных ситуаций оценивается по наиболее консервативному сценарию, то есть взрыв облака газо-воздушной смеси происходит в режиме детонации.

Для выполнения расчётов, о которых мы говорим, существует специальная методика, хотя и не сложная, но требующая достаточно большого количества вычислений. Чтобы избежать этого, мы воспользуемся упрощённым вариантом, который применяется в полевых условиях для первой оценки.

Сообщение отредактировал renegade1951 - 13.7.2011, 20:43

[renegade1951]

Продолжение... Начало см. выше.

Сцена вторая

«Кривое не может сделаться прямым, и чего нет, того нельзя считать…»
Постой! Смотри: опять явился он!
Пускай меня виденье уничтожит,
Но я, клянусь, его остановлю.
Виденье, стой! Когда людскою речью
Владеешь ты - заговори со мною.
Уильям Шекспир. «Гамлет»

Начнём, пожалуй, с простого. Тротиловый эквивалент.

Для оценки уровня воздействия случайных и преднамеренных взрывов широко применяется метод оценки через тротиловый эквивалент. По этому методу степень разрушения характеризуют тротиловым эквивалентом, который определяет массу тротила, необходимую для того, чтобы вызвать данный уровень разрушений.

Строго говоря, тротиловый эквивалент – это отношение удельной энергии взрыва единицы некоторого ВВ к удельной энергии взрыва тротила.

Для конденсированных ВВ ситуация достаточно простая, разделил одно на другое и, пожалте, получите. Плотности, практически, всех конденсированных ВВ очень близки, их физико-химические характеристики мало зависят от окружающей среды, а также сохраняется геометрическое подобие взрывов. Поэтому это соотношение сохраняет свою корректность в широком диапазоне.

Однако, с газовыми и газо-воздушными смесями не всё так просто. Удельная теплота горения или взрыва газа, или смеси газов, зависит от плотности, давления и температуры среды. А в случае смеси газов и от концентрации. Поэтому корректно оценить тротиловый эквивалент в случае объёмно детонирующей смеси не такое простое дело, как может показаться на первый взгляд.

Необходимо помнить, что разброс экспериментальных данных, по которым выводятся эмпирические соотношения между давлением в волне, импульсом и расстоянием довольно велик, как для взрывов конденсированных ВВ, так и для газовых взрывов. Поэтому, перевод энергии газовых взрывов в тротиловые эквиваленты имеет невысокую точность.

Этот факт хорошо иллюстрирует, приведенный в работе Б.Е.Гельфанда, пример. При полевых испытаниях, в результате подрыва макета с 30 л окиси этилена, получалось топливовоздушное облако радиусом до 8,5 м и высотой до 3 м. После подрыва инициатора по облаку пробежала детонационная волна с перепадом давления на кромке облака до 2100 кПа.

Испытания показали, что для получения волны с подобной амплитудой давления на дистанции 8 м от эпицентра необходимо взорвать до 250 кг тротила.

Амплитуда взрывной волны убывала с увеличением расстояния от эпицентра и на расстоянии 34 м снизилась до значения, приблизительно, 100 кПа. Для наглядности: разрушение самолёта происходит за волной с амплитудой 70…90 кПа.

В той же работе приведена таблица теплотворных способностей газовых смесей (Таблица 1), которая хорошо показывает, что у газов и газовых смесей может быть несколько удельных теплот горения. Какое из этих значений выбрать вопрос достаточно не простой.

В таблице 1 приведены значения удельной теплоты сгорания горючего H, стехиометрический коэффициент смесей горючего с кислородом αк и воздухом αв, удельная теплота сгорания стехиометрических смесей на воздухе Q и в кислороде Qк.

Таблица 1 Теплотворная способность газовых смесей



В основе процесса горения лежит химическая реакция горючего вещества с окислителем, которая происходит с интенсивным тепловыделением. Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы количества горючего вещества (моль, кг или м3), называют низшей теплотой сгорания – Qн. Значения низшей теплоты сгорания – Qн можно рассчитать по закону Гесса, как разность сумм теплоты образования продуктов реакции и теплоты образования исходных веществ, составив материальный баланс реакции горения.

В случае с водородом и водородосодержащими горючими веществами, при сгорании образуется некоторое количество воды в газообразном состоянии, которая затем конденсируется, что увеличивает общее количество тепла на величину удельной теплоты парообразования. Эта теплота называется высшей теплотой сгорания вещества – Qв.

Строго говоря, при расчётах горения и взрыва водородосодержащих объёмно детонирующих смесей, надо бы использовать низшую теплоту сгорания – Qн, так как вода при температуре горения находится в газообразном состоянии. И так учат поступать в большинстве случаев. Однако, часто используют высшую теплоту сгорания вещества – Qв при стехиометрической концентрации горючего вещества в облаке смеси. Потому, что оценивается состав смеси, который даёт при взрыве наибольший эффект. А это, как правило, стехиометрический состав газо-воздушной смеси.

Это хорошо видно на графике зависимости теплоты сгорания горючих газо-воздушных смесей от коэффициента избытка горючего αг (рисунок 1). График приведен в той же работе Б.Е.Гельфанда.


Рис. 1 Зависимости теплоты сгорания горючих газо-воздушных смесей от коэффициента избытка горючего

На графике видно, что теплоты сгорания горючих газо-воздушных смесей, при которых горение смеси может носить детонационный характер, соответствуют значению коэффициента избытка горючего αг в интервале от 0,5 до 1,5. Это подтверждается и экспериментальными данными. Ниже Вы можете видеть таблицу 2 с пределами детонации горючих газов в воздухе и кислороде, которые определены в каналах и в объёме.

Таблица 2 Пределы детонации горючих газов в воздухе и кислороде, определённые в каналах (в скобках) и в объёме (без скобок)


Для нашего случая с водородом эти пределы составляют от 15% до 63,5%. Запомните эти цифры, они пригодятся нам в дальнейшем.

Для совсем грубых расчётов используют высшую теплоту сгорания горючего вещества.

При стехиометрическом составе смеси водорода с воздухом теплотворная способность смеси составит, согласно таблице 1,Q= Qстх =3990 кДж/кг. Эту величину мы и будем использовать в дальнейших расчётах тротилового эквивалента объёмно детонирующей смеси водорода с воздухом.

Конечно, можно рассчитать тротиловый эквивалент по водороду, но при таком подходе мы получим слишком грубый, завышенный результат. Это подтверждают и расчётные, и практические данные.

В частности, один из ведущих специалистов по промышленным взрывам М.В.Бесчастнов прямо указывает на то, что «для практических целей более точным представляется сопоставление энергии детонации ТНТ с энергией экзотермической реакции горючего газа в смеси с воздухом. Соответственно, для объективности сопоставления взрывов по эквивалентной массе ТНТ, энергию экзотермической реакции в газовых средах следует рассчитывать по удельному выделению энергии всей массы данного газа или его смеси (горючего вещества с кислородом и азотом воздуха)». Объясняя это тем, что «полная энергия сгорания ТНТ (вещества с отрицательным кислородным балансом) в кислороде, оказывается значительно больше, и составляет 15 ∙103 кДж/кг, то есть при детонации выделяется лишь 28% энергии его сгорания».

Вообще говоря, высокие разрушительные свойства объёмно детонирующих смесей определяются скоростью детонации и огромными размерами облака объёмно детонирующей смеси. Но, как это отмечено многими исследователями, параметры детонации являются функцией не абсолютной величины удельной теплоты сгорания, а отношения Q/c2, где с – скорость звука в свежей смеси. По сути, эти параметры пропорциональны отношению удельной теплоты сгорания к внутренней энергии смеси. А это приводит к тому, что, оказывается, параметры детонации, зависят от начальной температуры смеси, а фактически, на параметры детонации влияет плотность смеси.

Однако, невозможно, увеличивать начальную плотность смеси бесконечно, так как при повышении концентрации горючего падает температура смеси и скорость волны, а, начиная с некоторой концентрации горючего, детонация вообще не распространяется.

В связи с этим, Б.Е.Гельфанд отмечает, что при снижении начальной температуры смеси со 120 ℃ до 50 ℃ можно наблюдать увеличение перепада давления на 20…25%. И делает важный вывод, что «при сопоставлении различных аварийных ситуаций, следует помнить о влиянии температуры окружающей среды на параметры детонации, и не делать безоговорочных суждений об исходе инцидентов на основе исследования случаев, происходивших при иных температурных условиях».
Поведение водорода и здесь отличается от поведения остальных углеводородных горючих.

Так, в смесях с избытком водорода, отмечается увеличение скорости звука, что приводит к снижению соотношения Q/c2, а, соответственно, и к снижению соотношения Р1/Р0, где Р0 – начальное давление, а Р1 – давление на фронте взрывной волны.

Таким образом, большие значения удельного тепловыделения обогащённых смесей водорода не означают того, что в этих смесях детонационная волна имеет высокие параметры.

Например, в стехиометрической смеси водорода с воздухом, скорость звука в 1,2 раза выше, чем в смесях других углеводородных горючих. А это, собственно, и означает, что параметры детонационных волн в смесях водорода с воздухом будут ниже, чем в смесях других углеводородных горючих, несмотря на большие значения удельного тепловыделения.
О влиянии плотности и температуры объёмно детонирующей смеси на параметры детонации мы поговорили. Так как в рассматриваемой аварии фазовый состав смеси, практически, не изменен, влияние фазового состава объёмно детонирующей смеси на параметры детонации обсуждаться не будет. Однако, можно отметить, что именно для случая смесей водорода это влияние незначительно, на уровне 1…2%.

Таким же незначительным будет и влияние начального давления смеси на параметры детонации. Увеличение начального давления смеси на порядок приводит к возрастанию скорости детонации на 1…2%.

Строго говоря, для правильной оценки тротилового эквивалента объёмно детонирующей смеси необходимо оценить амплитуду взрывной волны, величину импульса в фазе сжатия и разрежения, а также их длительность.

Чтобы не увеличивать чрезмерно объём пояснений, ограничимся только общими выводами и самыми необходимыми иллюстрациями.

Для иллюстрации приведём схему формирования взрывной волны и диаграмму профиля давления взрывной волны, рисунок 2.

Рис. 2

Таким образом, при взрыве образуются головная ударная волна, падающая ударная волна и отражённая ударная волна. В случае, если взрыв произошёл на подстилающей поверхности, то отражённая волна и падающая волны складываются.
Поскольку величина тротилового эквивалента по импульсу не возрастает с расстоянием, а в ближней зоне отличается от тротилового эквивалента по давлению, то использовать для оценки только тротиловый эквивалент по давлению для общей оценки последствий некорректно.

Также и оценка последствий газового взрыва только по параметрам фазы сжатия искажает общую картину, так как искажаются реальные нагрузки на объекты, подвергшиеся воздействию взрыва.

Расчёты и экспериментальные данные совершенно определённо указывают на то, что моделировать газовый взрыв с помощью взрыва конденсированного ВВ очень сложно из-за того, что, практически, невозможно выдержать геометрическое подобие этих типов взрывов. Поскольку плотность газов, примерно, в тысячу раз меньше, плотности конденсированных ВВ, то размеры облака объёмно детонирующей смеси во много раз больше размеров эквивалентного по энергии заряда конденсированных ВВ. Быть может это возможно для дальней зоны взрывов, где можно пренебречь как линейными размерами источника взрыва, так и массой продуктов взрыва. В большинстве случаев эта зона находится на расстоянии R>30∙R0 для конденсированных ВВ и R>3∙R0 для объёмно детонирующих газовых смесей. Где R0 – радиус объёма детонирующего ВВ или облака газовой смеси.

В качестве иллюстрации, предлагаю Вашему вниманию схему подрыва заряда газовой смеси из работы Б.Е.Гельфанда, рисунок 3.

Рис. 3

В настоящее время имеются подтверждённые данные, что тротиловый эквивалент детонационного газового взрыва газовых смесей с кислородом и воздухом по давлению – величина не постоянная, а возрастает с удалением от источника взрыва. Кроме того, установлено, что мнение о том, что амплитуда взрывной волны от газового взрыва всегда меньше, чем при взрыве конденсированных ВВ не точно.

Это хорошо иллюстрируют график, приведенный в работе Б.Е.Гельфанда, рисунок 4.

Рис. 4 Зависимость тротилового эквивалента по давлению Кp для горючих газов с различной удельной энергией взрывного
превращения Еу: 1 – водород 116 МДж/кг; 2 – метан 46 МДж/кг; 3 – спирты 33 МДж/кг; 4 – монооксид углерода 25 МДж/кг

И, пожалуй, главное – в зоне фугасного поражения, которая соответствует интервалу 1<R/R0<6, где R – расстояние до точки инициирования смеси, а R0 – радиус облака детонирующей смеси, взрыв конденсированного ВВ и газовый взрыв по параметрам фазы сжатия не эквивалентны. Причём параметры эквивалентности меняются с расстоянием.
Поэтому указывать тротиловый эквивалент и не указывать расстояние не корректно. А раз так, то и использовать значение тротилового эквивалента без его привязки к расстоянию для экспертной оценки нельзя.

Таким образом, чтобы корректно вычислить тротиловый эквивалент объёмно детонирующей смеси мы должны оценить амплитуду взрывной волны, величину импульса в фазе сжатия и разрежения, а также их длительность. Определиться с интервалом применимости и назвать или вычислить расстояние от центра инициирования смеси до той точки для которой давление во фронте ударной волны конденсированного ВВ и объёмно детонирующей смеси совпадают.

Вот, ничего себе простенькие соображения! А Вы говорите…. Не получается просто поделить энергию водорода на энергию тротила! Результат-то, странный получится. Вроде «бумкнуло» десяток тонн тротила, а на улице всё целёхонькое стоит!

[dddv]

Несколько лет назад, в концерне, слышал доклад нескольких авторов из ФЭИ Обнинского по поводу ускорения распада радионуклидов под внешним воздействием. Сразу не послали, сказали, что либо нобель либо... Нобеля пока не давали...

Конечно можно ускорить распад. Можно вообще расхреначить нейтроны. На коллайдере.

Поэтому энергия "ускорения" будет равна энергии разгона * КПД передачи энергии.

Поэтому "Нобеля" и не дали.

[renegade1951]

Продолжение... Начало см. выше.

Сцена третья

«Similia similibus curentur…»*
Кто ты, полночным завладевший часом
И образом воинственно-прекрасным,
В котором здесь бродило на земле
Величество умершего Гамлета?
Я заклинаю небом - говори!
Уильям Шекспир. «Гамлет»

Ну, что же господа эксперты, продолжим!

И это ещё не всё. Даже если мы корректно определили удельную энергию взрыва объёмно детонирующей смеси, и вычислили всё, что перечислено выше, то, для корректной оценки тротилового эквивалента по массе, необходимо учесть внешние условия взрыва. А именно: происходит ли взрыв в неограниченном объёме или в помещении, на поверхности или приподнят над поверхностью, вид подстилающей поверхности (твёрдая, мягкая, проницаемая).

Да, «чивоужтам», а состояние стен в помещении (гладкие, шероховатые), наличие препятствий там же (трубы, оборудование), которые создают зоны турбулентности. Наличие и размер отверстий, проёмов, которые связывают помещения и через которые может пройти волна детонации. Ну, хорошо, для смесей водорода диаметр отверстий не так важен – все отверстия, имеющие диаметр в поперечнике больше 20 мм, не остановят волну детонации смеси водорода с воздухом.

И всё это завершается расчётом вероятности поражения тех или иных объектов при данных условиях. Предлагаю до извращений с вероятностными расчётами не доходить, ибо, как я понял, у некоторых представителей атомной отрасли наблюдается некая идиосинкразия к выражениям «вероятность равна единице». И они при этих словах способны впасть в транс и перейти в состояние нирваны.

Однако, для получения корректной оценки тротилового эквивалента нам не избежать построения полей значений этого самого тротилового эквивалента, хотя бы в самых очевидных и значимых точках объекта, подвергшегося воздействию взрыва.

Необходимо учитывать, что существует два способа оценки: по минимальным и по максимальным повреждениям и разрушениям. Способ оценки выбирается в каждом конкретном случае при обследовании объектов, подвергшихся взрывному воздействию.

Таким образом, учитывая то, что взрывы на объектах, содержащих менее 10 тонн горючих га¬зов, оказывают воздействие на ограниченной площади и, в большинстве случаев, здания полностью не раз¬рушаются, а к таким случаям относятся также и взрывы в отдель¬ных помещениях больших зданий, оценку количества ВВ по характеру разруше¬ния зданий проведём в следующей последовательности:

1. Определим расстояние R от предполагаемой точки инициирования взры¬ва до основных несущих и ограждающих элементов здания.
2. Вычислим границы зоны R0 детонационной волны.
3. Определим значение избыточного давления Рф в местах размещения элементов конструкций.

И проделать такие расчёты придётся для двух видов взрывов – взрыв конденсированного ВВ, в данном случае тротил, и взрыв объёмно детонирующей смеси водорода с воздухом.

Сделаем некоторые уточнения относительно математических выражений применяемых для расчёта параметров взрывных волн. В большинстве пособий по взрывобезопасности приводятся формулы Броуда, Садовского-Гопкинсона, Бейкера-Хелда и Сахса.

Следует отметить, что формулы Броуда, Садовского-Гопкинсона и Бейкера-Хелда не являются всеобъемлющими и дают погрешность при оценке перепада давления 15…30%, а при расчёте тротиловых эквивалентов погрешность может достигать 100%.

Кроме того, эти формулы могут применяться безоговорочно, по некоторым данным, только в случаях, когда масса заряда превышает 200 кг. Значительная неточность результатов имеет место быть и во многих, практически интересных, зонах, находящихся на определённых расстояниях от точки инициирования заряда ВВ.

Поэтому для наших расчётов воспользуемся скорректированными формулами, которые приведены в работах Б.Е.Гельфанда.
Перед началом расчётов определим на объектах радиусы зон поражения, для которых и будем вычислять вышеназванные параметры, а также соответствующие этим поражениям избыточные давления.

Эти радиусы соответствуют расстоянию R от предполагаемой точки инициирования взры¬ва до основных несущих и ограждающих элементов здания. Для этого воспользуемся строительным чертежом блока, на котором указаны геометрические размеры здания.


Рис. 5 Чертёж блока АЭС Фукусима

Перенесём эти размеры на фотографии и таким образом отмасштабируем изображения.

Рис. 6 – панорама площадки АЭС. Указаны размеры блока 4 в плане и приблизительные расстояния от блоков до ближайших объектов, которые имеют те или иные повреждения.


Рис. 7 – панорама площадки АЭС. Указана высота ЦЗ блока 1 и R0. Буквами обозначены характерные повреждения зданий в зоне досягаемости взрывной волны.


Рис. 8 – вид сверху на блок 4. Указаны расстояния R1, R2, R3 от геометрического центра здания блока до характерных точек повреждений.


Рис. 9 Панорама площадки АЭС. Указаны расстояния R4, R5 от геометрического центра зданий блока 1 и блока 3 до характерных точек повреждений.

Итак, напомним, что R1 = 15,2 м; R2 = 20,3 м; R3 = 80,2 м; R4 = 111,2 м; R5 = 137,2 м. Кроме того, вычислим соответствующие параметры для Rн = 25,4 м, радиус зоны, вплотную примыкающей к стенам зданий с наружной стороны.

Примем допущение, что точка инициирования заряда находится в геометрическом центре ЦЗ на высоте 6 м над полом.
Конечно, существуют и применяются численные методы для расчёта величины избыточного давления, которое приведёт к разрушению той или иной конструкции. Однако, для того, чтобы применить эти методы необходимо знать, из каких материалов эта конструкция создана их точные геометрические размеры, коэффициенты упругости, модули упругости, моменты инерции и ещё много чего. Вот это «много чего» в нашем случае как раз и отсутствует, к сожалению.

Поэтому, для оценки разрушений зданий блоков воспользуемся специальными таблицами. Результат получим приблизительный в пределах ±30%. И, кроме того, необходимо учитывать, что все такие таблицы имеют достаточно субъективный характер. Причём, при проектировании объектов используются таблицы с меньшими значениями, чтобы иметь некоторый запас.

Например, при проектировании взрывобезопасных сооружений допустимое давление на фронте взрывной волны, при котором должны сработать предохранительные конструкции не должно превышать 3…5 кПа. Это соответствует слабой степени разрушения с частичным или полным разрушением остекления. Однако, при оценке повреждений считается, что уже при 1,5 кПа разрушается лёгкая авиатехника.

В качестве иллюстрации я приведу оба вида таблиц, но оценку мы будем делать по таблицам 3 и 6, с использованием характеристик, которые указаны в таблицах 4 и 5.

Табл. 3 Характеристика степеней разрушения зданий


Табл. 4 Степени разрушения зданий от избыточного давления при
взрывах горючих смесей


Табл. 5 Предельные значения давлений |Рф|, вызывающих различные степени разрушении отдельных конструктивных элементов зданий


Табл. 6 Характеристики уровней избыточного давления


В правой колонке таблицы 6, для сравнения приведены данные, которые обычно принимаются в качестве пределов для расчёта нагрузок при проектировании новых объектов.
Определяем характер разрушений и приблизительные уровни избыточного давления на фронте взрывной волны для блока 1.


Рис. 10 Блок 1. Буквами обозначены точки характерных повреждений здания блока.

Согласно таблице 3 и рисунку 10 (точка С), мы имеем «частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и окон¬ных коробок, легких построек и др. Основные несущие конструкции со¬храняются». Это соответствует слабой степени разрушения.

Согласно таблице 4 здание блока 1 относится к категории «Железобетонные крупнопанельные с железобетонным и металлическим карка¬сом и крановым оборудованием грузоподъ¬емностью, в тоннах: до 50 от 50 до 100». Для таких зданий слабая степень разрушений соответствует уровню избыточного давления в пределах 5…45 кПа.

На рисунке 10 (точки А и В) видно, что стальная рамная конструкция корпуса частично разрушена, а панели стен демонтированы. В соответствии с таблицей 5 стеновые панели демонтируются при избыточном давлении 30 кПа, а стальные колонны при – 70 кПа.

Сверим полученные уровни избыточного давления с таблицей 6. Получим, что повреждение стальных рамных конструкций наступает при 100 кПа.

Таким образом, чтобы здание блока 1 получило повреждения, видимые на рисунке 10, необходимо, чтобы избыточное давление на фронте ударной волны в точках разрушений находилось в интервале 70…100 кПа.

[renegade1951]

[quote name='renegade1951' date='14.7.2011, 5:12' post='32053']
Продолжение... Начало см. выше.

Проведём такую же оценку для блока 3.


Рис. 11 Блок 3. Буквами обозначены точки характерных повреждений здания блока.

Согласно таблице 3 и рисунку 11 (точки А, В и С), мы наблюдаем «разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохра¬няться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жёсткости, час¬тично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении обра¬зуется завал (точка С)». Это соответствует сильной степени разрушения.
Согласно таблице 4 здание блока 3 относится к категории «Железобетонные крупнопанельные с железобетонным и металлическим карка¬сом и крановым оборудованием грузоподъ¬емностью, в тоннах: до 50 от 50 до 100». Для таких зданий сильная степень разрушений соответствует уровню избыточного давления в пределах 45…90 кПа, а в местах полных разрушений до 135 кПа.

На рисунке 11 (точки А и В), мы видим, что демонтированы панельные стены (30 кПа, табл.5), повреждено оборудование, срезаны железобетонные колонны большого сечения (90 кПа, табл.5), разрушена стальная каркасно-рамная конструкция перекрытия (70 кПа, табл.5).

Сверим уровни избыточного давления с таблицей 6. Получим: «разрушение шлакобетонных стен – 140…210 кПа, малые повреждения оборудования – 210 кПа, демонтаж стальных панельных конструкций – 210…280 кПа, полное разрушение зданий – 350…490 кПа».

Из сравнения данных следует, что для того, чтобы здание блока 3 получило повреждения сравнимые с видимыми на рисунке 11, необходимо, чтобы избыточное давление на фронте ударной волны в точках разрушений находилось в интервале 140…490 кПа.

Осталось оценить уровни избыточного давления на фронте ударной волны по результатам разрушений других зданий на площадке АЭС. Эти здания и их видимые разрушения отмечены стрелками на рисунке 7.

Судя по тому, что за обрушенной облицовкой зданий A, C и D на рисунке 7 виден металлический каркас, их можно отнести, согласно таблице 4, к типу «Складские помещения с металлическим каркасом и стенами из листового металла».
Согласно таблице 3 повреждения этих зданий можно характеризовать как слабые. Таким образом, согласно таблице 4, избыточное давление на фронте ударной волны в точках повреждений должно быть в пределах 5…10 кПа.
Сверяем с таблицей 6 – 7 кПа, «Разбитие малых стёкол, лёгкие повреждения стен и крыш».

[renegade1951]

Продолжение... Начало см. ВЫШЕ

Сцена четвёртая
«Товарищи ученые, доценты с кандидатами. Замучились вы с иксами, запутались в нулях…»

Что, если вас он к морю заманит
Иль на скалы бесплодную вершину,
Что там, склонясь, глядится в океан?
Что, если там, приняв ужасный образ,
Он вас лишит владычества рассудка?
Подумайте! Одна пустынность места,
Сама собой, готова привести
К отчаянью, когда посмотришь в бездну
И слышишь в ней далекий плеск волны.
Уильям Шекспир. «Гамлет»

Начнём с сочинения «легенды», как говорят у нас или «условные обозначения и сокращения», как говорят у всех остальных.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ТВС - топливно-воздушная смесь.
ОДС – объёмно детонирующая смесь.
ТНТ – тринитротолуол, он же тротил.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Мг - масса горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС, кг;
Сг - концентрация горючего вещества в облаке ТВС, кг/м ;
Сстх - стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом, кг/м ;
Qг - удельная теплота сгорания газа, взрыва, Дж/кг;
E - эффективный энергозапас , энергия взрыва ТВС, Дж;
ΔP - избыточное давление, Па;
ΔP+ - амплитуда волны давления, Па;
ΔP- - амплитуда волны разрежения, Па;
P0 - атмосферное давление, Па ;
Px - безразмерное давление;
I - импульс волны давления, Па • с;
I+ - импульс фазы сжатия, Па • с;
I- - импульс фазы разрежения, Па • с;
Ix - безразмерный импульс фазы сжатия;
τ - время процесса, с;
τ+ - длительность фазы сжатия, с;
τ- - длительность фазы разрежения, с;
R - расстояние от центра облака ТВС, м;
Rx - безразмерное расстояние от центра облака ТВС;
λ - параметрическое расстояние;
с0 - скорость звука в облаке смеси, м/с;
W - тротиловый эквивалент взрыва ТВС, кг;
G – масса конденсированного ВВ, (ТНТ и др.), кг.

Энергия взрыва сферического газового облака радиусом R0 в атмосфере с начальным давлением P0 вычислялась как E=4⁄3(πR0^3 ρf Qf ) (1) для смеси с плотностью ρƒ и удельной теплотой взрыва Qƒ .

Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчёты целесообразно проводить для случая, когда свободный объём помещения будет заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава.

Такое допущение делается в целях консервативной оценки, так как на практике трудно получить облако ТВС стехиометрического состава без применения специальных способов образования такого облака.

Тогда Е - энергия взрыва смеси, определяется из выражения:




Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние Rx и параметрическое расстояние λ по соотношениям:



Составим таблицу исходных данных.
Мг = 300 кг, 650 кг, 800 кг.
P0 = 101325 Па.
Т = 293,16 К.
с0= 405 м/с.
Сстх = 30,8%
Qг = Qстх = 3990 кДж/кг.
ρстх = 0,85 кг/м3.
ρг = 0,0837 кг/м3.
ρвозд = 1,205 кг/м3.
Размеры помещения:
Длина – 40,6 м;
Ширина – 30,4 м;
Высота – 12,0 м.
R1 = 15,2 м; R2 = 20,3 м; R3 = 80,2 м; R4 = 111,2 м; R5 = 137,2 м.
Rн = 25,4 м, радиус зоны, вплотную примыкающей к стенам зданий с наружной стороны.

Вначале выполним расчёты для блока 1.
Это здание интересно для нас тем, что из-за особенностей его конструкции, а так же расположению на местности, были созданы наименьшие помехи распространению ударной волны. Поэтому применим способ оценки по минимальным повреждениям.

Напомним, что в предыдущей сцене мы оценили избыточное давление на фронте ударной волны, которое привело к слабому разрушению здания, расположенного на возвышенности напротив блока 1, в 7 кПа. Учитывая погрешность ± 30%, получим интервал 5…9 кПа. Расстояние от точки инициирования ОДС до точки разрушения R5 = 137,2 метра.

Проведём расчёты для двух граничных значений избыточного давления 5 и 9 кПа.

Разрешая уравнения (5) и (8) относительно Е из уравнения (1) получим величину радиуса облака ОДС R0. Допуская, что облако ОДС представляет собой смесь стехиометрической концентрации, вычислим объём облака ТВС, объём горючего газа в облаке ТВС и массу горючего газа в облаке ТВС.

Используя формулы (2) и (3) вычислим E - эффективный энергозапас или энергию взрыва ТВС в джоулях для полученного объёма облака ОДС.

Затем, по соотношениям (5) и (6) рассчитываем безразмерное расстояние Rx и параметрическое расстояние λ.
Используя выражения (8)...(17) вычисляем параметры на фронте ударной волны для всех радиусов поражений R, а разрешая уравнение (18) относительно G, и используя выражения (18)…(24), вычислим для тех же радиусов количество конденсированного ВВ в кг и тротиловый эквивалент по давлению kp. Все вычисленные значения представлены в таблицах ниже.
Для избыточного давления 5 кПа на расстоянии 137,2 метра от центра инициализации облака ТВС.




Для избыточного давления 9 кПа на расстоянии 137,2 метра от центра инициализации облака ТВС.




Оценивая результаты расчётов, видим, что в первом случае масса газа составляет 23,39 кг или 2,36% концентрации газа в общем объёме ЦЗ. Такая концентрация находится не только за пределами детонации, но и за пределами взрывоопасности.
Достаточно сложно представить, чтобы такое количество газа самостоятельно собралось в облако стехиометрической концентрации и это подтверждается расчётными данными других авторов. Ниже об этом будет сказано.

Хотя, если бы каким-либо способом, например, в помещении меньшего объёма, создалось облако ТВС из такого количества газа, то взрыв этого облака смог бы привести к тем разрушениям, которые мы видим на фотографиях.

Во втором случае, масса газа составляет 127,69 кг, а это уже 12,88% концентрации газа в общем объёме ЦЗ. Несмотря на то, что такая концентрация газа всё ещё находится за пределами детонации, возможность образования локального облака ТВС с концентрацией близкой к стехиометрической, учитывая всё сказанное ранее, вполне реальна. И расчётные данные других авторов, о чём мы скажем ниже, это подтверждают.

Расчётные уровни избыточного давления и импульса в исследуемых точках соответствуют характеристикам разрушений зданий.

При сопоставлении данных взрыва облака ТВС и взрыва заряда конденсированного ВВ (ТНТ) можно сделать вывод, что в здании произошёл подрыв облака ОДС с содержанием горючего газа, по массе, около 128 кг, что приблизительно соответствует 1397 кг ТНТ.

Сообщение отредактировал renegade1951 - 14.7.2011, 6:48

[renegade1951]

[quote name='renegade1951' date='14.7.2011, 5:52' post='32055']
Продолжение... Начало см. ВЫШЕ.

Перейдём к расчётам для здания блока 3.
Учитывая особенности распространения взрывной волны в зданиях и конструктивные отличия здания блока 3 от здания блока 1, применим способ оценки по максимальным разрушениям.

Используя оценки, сделанные в предыдущих главах, получим, что непосредственно за ограждающими конструкциями здания избыточное давление должно находиться в пределах 90…135 кПа, а перед ограждающими конструкциями здания, в зависимости от расстояния и характера разрушений, в пределах 210…280 кПа и 350…490 кПа.

Наиболее значительны разрушения здания блока 3 в зонах с радиусом 15,2 и 20,3 метра. Причём с двух сторон даже образовались завалы. Зададим для расчёта расстояние 15,2 метра и избыточное давление на этом расстоянии 490 кПа. Результаты расчёта представлены в таблицах ниже.





Расчёт показал, что параметры взрывной волны, представленные в таблице, могут быть получены при взрыве облака ТВС содержащего по массе, около 151 кг горючего газа. Что соответствует, приблизительно, 1648 кг ТНТ.

Сопоставление параметров взрывной волны облака ТВС с аналогичными параметрами заряда ТНТ показывает, что характеристики взрывной волны заряда ТНТ, приблизительно, в 1,8 раза ниже, чем характеристики взрывной волны облака ТВС. Причины такого различия были объяснены выше.

Казалось бы, что такие характеристики не совсем соответствуют характеру полученных разрушений. Это противоречие кажущееся и объясняется достаточно просто.

Для взрывов конденсированных ВВ в замкнутых объёмах, которые можно отнести к полностью герметичным, а здание блока 3 именно к таковым и относится, существует понятие эффективной массы ВВ.

Это связано с тем, что, в зависимости от расположения заряда в помещении, отражённая взрывная волна складывается с падающей и принято считать, что амплитуда взрывной волны увеличивается в два раза. Конечно, это не всегда так и в действительности это увеличение несколько меньше, но для решения нашей задачи это правило, вполне, можно использовать.

Поэтому, если будет хотя бы одна отражающая поверхность то, для получения эффективной массы ВВ, необходимо физическую массу ВВ умножить на два. Применяя это к нашему случаю, получим, что эффективная масса ТНТ составит, как минимум, 1648*2 = 3296 кг.

Учитывая вышесказанное можно считать, что полученные результаты расчёта параметров взрывной волны удовлетворяют нашим начальным условиям.

Сообщение отредактировал renegade1951 - 14.7.2011, 6:26

[renegade1951]

Окончание... Начало см. ЗДЕСЬ.

Сцена пятая

«А напоследок я скажу…»

Прощай! прощай! Светящийся червяк
Мне говорит, что близко утро:
Бессильный свет его уже бледнеет,
Прощай, прощай и помни обо мне!
Уильям Шекспир. «Гамлет»

Объёмно детонирующие смеси привлекают внимание экспертов по взрывобезопасности в связи с уязвимостью промышленных и энергетических объектов, в том числе АЭС, из-за несанкционированного вмешательства в их работу.

Возможно, что после событий на АЭС Фукусима этой проблемой будут интересоваться ещё больше. Несмотря на бытующее мнение, что «Пропало, всё! И все полимеры тоже», хочется отметить, что российская наука, надо отдать ей должное, этой проблемой интересовалась давно и профессионально.

При подготовке этого материала, на глаза попалась одна небольшая, но интересная статья, автор Н.М.Витушкина. Из статьи выяснилось, что в Обнинске проводились исследования связанные с моделированием термогазодинамических процессов, протекающих в контейнменте при аварии, и связанных с распространением водорода.

Оказывается в Теплофизическом Отделении ГНЦ РФ ФЭИ, для описания процессов тепломассопереноса в защитной оболочке АЭС с ВВЭР, разработан код КУПОЛ-М, который применим для расчета любой ЯЭУ, имеющей контейнмент. К сожалению, при решении задач водородной безопасности его возможности ограничены. Поэтому авторам пришлось изменить подходы к физической постановке задачи и численным методам решения задачи. Были использованы новые физико-математические модели, хотя в основе осталась идеология кода КУПОЛ-М.

В результате была разработана и прошла экспериментальную проверку новая версия кода KUPOL-3D, которая позволила с хорошей точностью моделировать распределение водорода и его зоны скопления в смеси с водяным паром и воздухом. Результаты расчётов были проверены сериями экспериментов на установках разного масштаба - TOSQAN (Франция, объем 7 м3), MISTRA (Франция, объем 100 м3), ThAI (Германия, объем 60 м3). В качестве имитатора, в целях безопасности, использовался гелий. Пар и гелий подавались в объём установки снизу.

В результате экспериментов на установке ThAI (Германия, объем 60 м3) было установлено, что через 40 минут после начала напуска гелия в объёме модели контейнмента образовывалась устойчивая атмосфера с концентрацией гелия 25…30% в верхней части объёма и в зоне наддува. Расчётное распределение гелия можно видеть на рисунке ниже.

Расчёты хорошо согласовывались с экспериментальными данными.
Кроме того, была смоделирована авария с выбросом водорода в контейнмент АЭС с ВВЭР-1000. Модель рассчитали для двух объёмов: 1 – подкупольное пространство и 2 – бокс аварийного парогенератора.

Схема расчётной области подкупольного объёма приведена ниже.

Не вдаваясь особенно в подробности, скажем о полученном результате. Он был вполне ожидаемым, так как исследования по поведению объёмно детонирующих смесей давали аналогичные результаты.

Итак, в первые несколько минут после напуска водорода, в подкупольном пространстве образуется локальное облако горючей смеси водорода с водяным паром и воздухом.

Как уже говорилось выше, при обсуждении поведения объёмно детонирующих смесей, на формирование облака влияет взаимодействие со стенами оболочки, наличие внутри оболочки препятствий разного рода и естественная конвекция. Причём, с течением времени это облако поднимается вверх. Динамика распределения водорода хорошо видна на диаграммах, которые приведены ниже.

А вот так себе это представляют специалисты из Франции. Как Вам сходство? Прямо близнецы-братья…. Я только позволил себе дорисовать контуры некоторого оборудования в ЦЗ, для наглядности, так сказать.

Конечно, эти результаты очень интересны и наглядны. Однако, применительно к АЭС Фукусима, более интересны результаты моделирования другого объёма. Достаточно взглянуть на схему второй расчётной области, и ловишь себя на мысли, что сторонники конспирологии, возможно, не так уж и не правы. Прошу, каждый может убедиться самостоятельно.

Если приглядеться, то это, практически, половина ЦЗ любого блока АЭС Фукусима с перегрузочной машиной, в качестве объёмного препятствия. А уж результаты расчётов для этой области впечатляют похлеще, чем расчёты для подкупольного пространства.

Итак, вот диаграммы с динамикой распределения концентрации водорода в этом объёме. Обратите внимание, диаграммы даны в двух плоскостях. Примечательно то, что через шесть минут после начала напуска водорода, в верхней части объёма, начиная с высоты 3…5 метров и выше, образуется смесь водорода с воздухом и равномерной концентрацией около15% по водороду.

А это означает, что в верхней части объёма мы получили облако с концентрацией водорода находящейся в пределах детонации, помните – от 15 до 63,5%.

Вот, почитаешь, такие работы и волей неволей приходит в голову,
«Что может собственных Платонов
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля раждать».

Как любит приговаривать мой командир разведроты: «Пустячок, а приятно!»

Однако, вернёмся к водороду и его смесям. В исследовании, о котором мы говорим, есть ещё один интересный момент. Хотя и не новый.

Вообще, иногда, кажется, что Козьма Прутков просто живёт среди нас. Его бессмертное: «Узкий специалист подобен флюсу - полнота его односторонняя», так и вертится в голове при чтении работ, которые затрагивают смежные области.
Греки полагали специализированного профессионала недоделанным человеком, относились к нему с презрением: специалист низводит себя до статуса раба, меняет всечеловеческую универсальность на роль орудия. Греки очень хорошо понимали ценность именно неопределённого, неспециализированного характера своего культурного идеала. Хорошо воспитанный и образованный человек обладает душой такого качества, что может легко преуспеть в любой специальной области. Это — греческий идеал. Варварством же для греков было воспитание человекоорудий, калечение свободных граждан собственного государства, когда они становятся только врачами, только инженерами, военными или кораблестроителями.

Помилуй, Бог! Ничего не хочу сказать плохого об авторах. Это скорее из области старческого брюзжания. Да, взять хотя бы и меня, вот если чего куда прикрутить, чтобы фитюлька улетела, а фигня осталась на месте; или там, к примеру, попасть в бубновый туз, метров с восьмисот – это милости просим. А вот, какие там «спины», «кварки» и прочая живность, а то ещё хуже – «изотопы» - нет, уж, увольте!

Да, так о чём это я. Ах, да….

Решили авторы исследовать дефлаграцию и детонацию. Дело хорошее и интересное. Правда, к смежникам позабыли заглянуть, там про это дело не то, что книжки, тома понаписаны. Ну, да, ладно, нет, так, нет! Не будем наживаться на непрактичности занятых наукой людей.

Так вот, авторам удалось наглядно изобразить практический результат, который, если и возможно увидеть, то не иначе, как с помощью специальной техники. И получилось это при помощи старой доброй диаграммы Шапиро, которая, среди разносторонне образованных, слегка пьяных и до синевы выбритых господ офицеров, называется по-простонародному «треугольник».

Вот она, эта диаграмма. Не будем обсуждать достоинства и недостатки «квадратиков» и «треугольников», которыми помечены некоторые зоны дефлаграции и детонации, просто напомним, что способностью к детонации обладают смеси водорода с кислородом и воздухом при концентрации водорода в смеси в пределах 15…63,5%.

Нас больше интересуют вот те чёрные кружочки, которые символизируют наиболее опасную точку, в свете водородной безопасности, в верхней части объёма контейнмента. Очень жаль, что показаны данные только за шесть минут от начала напуска водорода. Хотя даже этих данных достаточно для того, чтобы обратить внимание на то, что эта точка, через зону дефлаграции, явно сместиться в зону детонации. И произойдёт это достаточно быстро, учитывая то, что картинка, которую мы видим – это всего-то шесть минут.

Кстати, иногда…. Ну, как, иногда. Установлено, что при скоростях распространения пламени 100—300 м/с, но не превышающих скорость распространения звука в данной среде (300—320 м/с), происходит взрывное, или дефлаграционное, горение. При взрывном горении продукты горения могут нагреваться до 1500—3000 °С, а давление в закрытых системах увеличивается до 0,6—0,9 МПа и генерируются ударные волны с давлением 20—100 кПа.

В определенных условиях дефлаграционное (взрывное) горение может перейти в детонационный процесс, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1—5 км/с.

Так что дефлаграция бывает хуже детонации, даром, что словечко нежное такое.

Вот такие вот игры на свежем воздухе…, с детонацией и дефлаграцией. А между тем, целый рассказ сплёлся, как-то сам собой.

Ну, и напоследок, чтобы устранить некоторые неясности, хотелось бы добавить несколько определений.

В связи с тем, что не всегда верно понимается, какие именно поражающие факторы создают объёмно детонирующие смеси, сделаем некоторые уточнения о бризантности и фугасности ВВ.

Бризантность - это дробление среды, окружающей заряд. Бризантное действие проявляется на расстоянии примерно двух радиусов заряда. Во время взрыва импульс будет максимальным, естественно, в эпицентре, и как раз этот импульс (резкий перепад давления большой амплитуды) дробит (крошит) находящиеся по близости элементы среды. По этой самой причине бризантные ВВ не используют вместо пороха - заряд просто разорвет казенную часть ствола. Численной мерой бризантности является длина смятия свинцового цилиндра с радиусом 1 см взрывом 10 грамм взрывчатого вещества расположенного у конца цилиндра (бризантность ко Касту) ; и отклонение баллистического маятника взрывом заряда ВВ массой 1 грамм. (бризантность по Гессу).

Фугасность - это работа взрыва по перемещению элементов среды. Так, если взрыв произошел на открытой поверхности, то фугасное действие будет минимальным, взрыв практически не произведет работы, то есть работа будет бесполезной (такой же, что от двигателя, работающего вхолостую), будет взрывная волна, которая быстро погаснет.

Если же взрыв происходит в чем-то, например, в стенах здания, то фугасное действие может быть значительным, работа взрыва через взрывную волну может привести к разрушению (не дроблению!) стен, и обрушению здания или его части. Максимальную опасность взрыв несёт, происходя в чем-то.

Именно поэтому заряды гранат облачают в корпус, причём, чем он будет массивней (до некоторого предела, разумеется), тем фугасное действие будет сильнее (такие припасы называют осколочно - фугасными).

Для определения работоспособности немецкий исследователь Трауцль изобрел простой способ. Он взял цилиндрическую свинцовую чушку (высотой и диаметром двадцать сантиметров) и высверлил в ней углубление, в которое поместил десять граммов взрывчатки. Плотно забив заряд песком, он произвел взрыв. Внутри свинцовой чушки образовалась довольно большая полость. Налив туда из мензурки воды, Трауцль определил её объём.

Чем мощнее вещество, тем больше, естественно, получался объём полости, который Трауцль и предложил считать мерой работоспособности взрывчатого вещества. Этот нехитрый метод был рекомендован в качестве стандартного на пятом международном съезде по прикладной химии в Берлине в 1903 году и с успехом применяется и в наше время.

Бризантное и фугасное действие легко показать на примере: если взять кирпич и ударить по нему кувалдой, то этот кирпич сначала расколется (бризантное действие), а обломки отлетят на некоторое расстояние (фугасное действие).

Сравнив величину давления на фронте детонационной волны и скорость детонации конденсированного ВВ, например, тротила с аналогичными параметрами объёмно детонирующей смеси, мы обнаружим, что у тротила эти параметры значительно выше, по давлению на четыре порядка, а по скорости в три раза.

Учитывая всё вышесказанное, а также экспериментальные данные, можно неизбежно придти к выводу, что объёмно детонирующие смеси практически не обладают бризантным воздействием.

Однако, имея гораздо большие, по сравнению с конденсированными ВВ, размеры заряда и существенно большую длительность взрывной волны, объёмно детонирующие смеси обладают гораздо большим фугасным воздействием.

Так, что смесь водорода с кислородом в пробирке и не могла при взрыве повредить пробирку, несмотря на удивление экспериментаторов. Кроме того, хочется заметить, что академик А.Н. Крылов, в своих воспоминаниях как раз таки и описывал фугасное действие паро-газо-водушных смесей в замкнутом объёме. Бризантное воздействие этих взрывов происходило под воздействием вторичных факторов поражения, а именно: осколков.

*) «Лечи подобное подобным» - прим. Авт.

При написании данного опуса были использованы следующие открытые источники:

1. Уильям Шекспир, «Гамлет»
2. Книга Екклезиаста
3. Володарский В. М. Леонардо да Винчи и Парацельс о магии и алхимии // Леонардо да Винчи и культура Возрождения. М.: Наука, 2004 г.
4. Гиппократ. Сочинения. / Пер. В. И. Руднева, комм. В. П. Карпова. Избранные книги. М.: Биомедгиз. 1936 г.
5. Владимир Высоцкий. Сочинения в 2-ух томах. Составитель А. Е. Крылов. - М.: Худ.лит., 1991г.
6. Белла Ахмадулина. Лучшая лирика. Авторский сборник, Олимп, 2010 г.
7. Академик А.Н. Крылов. Воспоминания и очерки. Изд. АН СССР, М., 1956 г.
8. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение М. Химия 1991 г.
9. ПРОБЛЕМЫ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СОЗДАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЖИДКОГО ВОДОРОДА. СТАНДАРТЫ А.М. Домашенко, ОАО "Криогенмаш"
10. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Объёмные взрывы: монография. СПб. Астерион, 2008 г.
11. Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасные эффекты взрывов. СПб. ООО «Издательство «Полигон», 2002 г.
12. Эпов Б.А. Основы взрывного дела. М., Воениздат, 1974 г.
13. Витушкина Н. М., Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ В ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМАХ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК, Обнинск 2007 г.
14. А. В. Нестеренко. Основы термодинамических расчётов вентиляции и кондиционирования воздуха, 3-е издание, изд-во "Высшая школа", М., 1971 г.
15. Woolfolk R. W. and Ablow C. M. In Proc. of Conf. on Mechanisms of Explosion and Blast Waves, Feltman Research Laboratory, Picatinny Arsenal, Dover, N. I., pp. 42, 1973.
16. Desrosier C., Reboux A., Brossard J., Effect of asymmetric ignition on the vapor cloud spatial blast. Progr. Aeron. and Astron., (1991) 134: 21-37.
17. Brossard J., Bailly P., Desrosier C., Renard J., Overpressure imposed by a blast wave. Progr. Aeron. and Astron., (1988) 114: 389-400.
18. Brossard J., Leyer J. C., Desbordes D., Saint Clouds J. P., Hendrickx S., Garnier J. L., Lannoy A., Perrot J. (1984) Air blast unconfined gaseous detonations. Progr. Aeron. and Astron., (1984) 94: 556.
19. Desbordes D., Manson N., Brossard J. (1978) Explosion dans l’air de charges spheriques non confenees de melanges reactifs gazeux. Acta Astronautica 5: 1009.

Сообщение отредактировал renegade1951 - 14.7.2011, 6:25

[renegade1951]

'renegade1951' date='14.7.2011, 6:14' post='32057']

Окончание... Начало см. ЗДЕСЬ.

Полная версия в pdf формате доступна ЗДЕСЬ

Сообщение отредактировал AtomInfo.Ru - 14.7.2011, 12:20

Причина редактирования: ссылочку поправил

[MrNice]

...Вначале выполним расчёты для блока 1.
... При сопоставлении данных взрыва облака ТВС и взрыва заряда конденсированного ВВ (ТНТ) можно сделать вывод, что в здании произошёл подрыв облака ОДС с содержанием горючего газа, по массе, около 128 кг...

... Перейдём к расчётам для здания блока 3...
... Расчёт показал, что параметры взрывной волны, представленные в таблице, могут быть получены при взрыве облака ТВС содержащего по массе, около 151 кг горючего газа. ...

Спасибо, весьма познавательно, но нет сенсации

Гораздо интереснее было бы заслушать доклад по блоку 4 и, особенно, по №2 (поскольку блок 4 примерно равен блоку 3 по разрушениям)

Так вот. Блок №2. Не смогли бы Вы на Вашей картинке (диаграмме Шапиро) указать точку, где ж таки произошел взрыв?

[Dozik]

Конечно можно ускорить распад. Можно вообще расхреначить нейтроны. На коллайдере.

Поэтому энергия "ускорения" будет равна энергии разгона * КПД передачи энергии.

Поэтому "Нобеля" и не дали.

Доклад был на международной конференции по безопасности атомной энергетики МНТК-2008. Тезисы из инета уже ушли (заменены на МНТК-2010), но на работе где-то у меня есть. Смысл доклада: любое радиоактивное вещество - это возбужденное состояние вещества. С помощью воздействия комбинации физических факторов добиться "разрядки" возбужденного состояния с разовым выделением энергии. Вроде как и какая-то установка у них есть. Выйду на работу - выложу.

[renegade1951]

Спасибо, весьма познавательно, но нет сенсации

Гораздо интереснее было бы заслушать доклад по блоку 4 и, особенно, по №2 (поскольку блок 4 примерно равен блоку 3 по разрушениям)

Так вот. Блок №2. Не смогли бы Вы на Вашей картинке (диаграмме Шапиро) указать точку, где ж таки произошел взрыв?
...................

Вы, прям, как настоящий римлянин - "Хлеба и зрелищ!"

Что касается сенсации - это как посмотреть, с моей точки зрения выводы, достаточно неординарные выводы сделать всё-таки можно.

Относительно блока 4, да, оценить его можно в свете детонации облака ТВС. Такая оценка есть, я её публиковать не стал, так как атомщики пришли к выводу, что там был не водород. А что за зверь там резвился не говорят. Кстати, блок 4 достаточно сильно уступает блоку 3 по разрушениям, на один уровень, точно. Конечно, возможно, сделать расчёты по нескольким горючим, но это из любопытства только. К сожалению, на праздное любопытство время сильно урезали. Опять прилетает кто-то в "голубом вертолёте".... Везёт некоторым, на работу не ходють.... А тут... "Дан приказ ему на запад...".

По блоку 2.... Не торопитесь и всегда будете успевать, говаривал мой комдив.... С точки зрения взрывов, там ситуация более чем тривиальная, на мой взгляд. Даю подсказку, ключевое слово "хлопок". Вот "окошко" свободное образуется опубликую кусочек "чего-то там".

К вопросу о "треугольнике".... С точки зрения взрывобезопасности, диаграмма Шапиро очень мало информативна. Да, она даёт возможность графически представить концентрации "того, сего", но и только. Сказать по ней, где именно и как "бумкнуло", достаточно трудно. Можно только оценить, насколько взрывоопасна концентрация чего-то там. А всё остальное это совершенно другая опера.

Так что, пока могу только сказать "свет души моей, алмаз драгоценный, сложи свой ковёр нетерпения в сундук ожидания".

Сообщение отредактировал renegade1951 - 14.7.2011, 11:49