[发明专利]高压容器实验仓安全防护计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是高压容器在加压实验时出现爆炸事故，其实验仓对爆炸危害进行安全防护的一种计算方法。属于高压容器实验安全技术领域。

背景技术

空调机组等高压容器一般都需进行气体密封试验，而试验均在工厂试验仓内进行，试验时高压容器一旦爆炸将直接对试验仓造成危害，若试验仓起不到防护作用将威胁到工厂设备和人身安全。因此高压容器出厂前在工厂进行加压实验时，当高压容器突然发生爆炸，其试验仓对高压容器爆炸危害进行安全防护评估的计算方法具有重要意义，而目前对高压容器爆炸危害的形式和定量计算尚无成熟的计算方法可供借鉴。本发明用等效TNT药量爆炸替代高压容器气体爆炸，对高压容器爆炸对试验仓形成的三种危害形式的计算方法进行了研究，对爆炸冲击波对周围防护结构的影响以及密闭气压容器爆炸产生的抛掷物撞击四周防护结构进行了数值模拟分析，其结果不仅可为试验仓爆炸危害的安全评估提供计算方法，而且为试验仓的结构设计和材料选择提供理论依据。

发明内容

本发明主要解决了以下几个关键技术问题：

一、爆炸冲击波模型建立

气体容器爆炸超压与距离的关系式，与容器中气体的压力、温度和比热容比都有很大关系。因为相对容器外空气来讲爆炸球是高温高压的，其超压性质与高级炸药冲击波的超压性质类似。由于气压容器爆炸属于能量密度低和功率较低的爆源，因此可按照冲击波效应的爆炸输出原理确定气压容器爆炸的等效TNT药量。

1、气压容器爆炸初始冲击波超压确定

当一个理想气体球“爆裂”时，球内气体与空气接触面上的最大超压为空气冲击波波阵面上的最大压力。因为流体是一维运动的，所以可以用击波管的爆炸压力比与冲击压力之间的关系确定气压房爆炸所产生的空气冲击波的初始峰值超压。

2、等效TNT药量确定

按照冲击波效应的爆炸输出原理，对于某种爆源来说，在相同距离上造成同等程度破坏所需要的TNT炸药质量为其等效药量。根据高压容器房计算初始条件，可把高压容器外形近似为长方体，并以距爆心一定距离的爆炸冲击波峰值超压作为等效条件进行TNT等效药量计算。

3计算模型

气压试验房为钢结构框架形式，周围有四个表面，一般采用Q235钢板和槽钢焊接而成，顶部结构采用菱形的钢网结构，房子的四周通过膨胀螺栓与地面固定，机组测试时内部的气体为压缩空气。

采用DYNA3D动力有限元软件对等效TNT装药在空气中爆炸所产生的空气冲击波对四周钢板的冲击作用数值模拟计算。其中炸药、空气均采用ALE多材料体单元，钢板采用拉格朗日体单元，地面混凝土采用拉格朗日体单元，炸药、空气与钢板、混凝土间采用流固耦合算法。根据气压房计算模型对称性，取1/4结构来建立三维模型进行计算。

二、材料模型及参数确定

TNT炸药采用HIGH EXPLOSIVE BURN材料和JWL状态方程模拟，其爆轰过程中压力和比容的关系为：

P=A(1-ωR1V)e-R1V+B(1-ωR2V)e-R2V+ωE0V]]>