爆破压力计算公式

过程设备设计答案（简答题和计算题）1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。

筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。

封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。

密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。

开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。

支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。

安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。

2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。

如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。

而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。

毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。

易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。

如Q235-A·F 不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。

3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。

2.压力容器应力分析思考题1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?答：几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称。

2. 推导无力矩理论的基本方程时，在微元截取时，能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？ 答：不能。

如果采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面，这两截面与壳体的两表面相交后得到的两壳体表面间的距离大于实际壳体厚度，不是实际壳体厚度。

建立的平衡方程的内力与这两截面正交，而不是与正交壳体两表面的平面正交，在该截面上存在正应力和剪应力，而不是只有正应力，使问题复杂化。

3. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2的原因。

答：a/b=2时，椭圆形封头中的最大压应力和最大拉应力相等，使椭圆形封头在同样壁厚的情况下承受的内压力最大，因此GB150称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 4. 何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，其中β与 两个参数的物理意义是什么？答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。

不连续应力有两个特征：局部性和自限性。

局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 的函数随着距连接处距离的增大，很快衰减至0。

不自限性：连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。

β的物理意义：()Rt4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。

该值越大，边缘效应影响范围越小。

Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。

反映边缘效应影响范围的大小。

5. 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？答：应力分布的特征：○1周向应力σθ及轴向应力σz 均为拉应力（正值），径向应力σr 为压应力（负值）。

设计爆破压力和最小爆破压力概述说明1. 引言1.1 概述：本文旨在探讨设计爆破压力和最小爆破压力的概念、影响因素、测量方法以及它们之间的关联性和差异性。

设计爆破压力是指在设计过程中考虑到材料特性、结构形式和安全要求等因素，确定的允许承受的最大压力值。

而最小爆破压力则是指在实际使用中，为保证设备安全运行所需的最低爆破压力。

1.2 文章结构：本文共分为五个部分进行阐述。

引言部分概述了文章研究的背景与目的，并介绍了文章整体结构。

其后，第二部分将详细论述设计爆破压力的定义与解释、影响因素以及测量方法。

接着，第三部分将介绍最小爆破压力的概念、应用场景以及计算方法。

紧接着，第四部分将进行设计爆破压力与最小爆破压力之间关系的比较与分析，包括共同点及相互影响因素的探讨，并对差异性进行比较并分析其原因。

最后，第五部分将总结文章的要点并展望未来。

1.3 目的：本文的目的在于深入研究设计爆破压力和最小爆破压力的概念与特点，对它们之间的关系进行分析，并提供有关测量方法和计算方法的综合指导。

通过这些内容的描述和解析，旨在为相关实践工作者提供参考和指导，帮助他们更好地理解和应用设计爆破压力与最小爆破压力的概念和方法。

同时，在探讨这两者之间的关联性与差异性时，也希望能够促进对设计安全性及设备运行稳定性等问题有更深刻认识，并为未来相关领域研究提供一定借鉴价值。

2. 设计爆破压力2.1 定义与解释设计爆破压力是指在进行爆破工程设计时所需考虑的压力值。

它是根据具体的工程要求和目标确定的，用于保证爆破作业能够达到预期效果。

在进行设计爆破压力时，需要综合考虑多种因素，包括但不限于岩石性质、岩层结构、地下水情况、工程要求等。

通过恰当地选择并合理调整设计参数，设计爆破压力可以确保在实际施工中达到预期的拆除、开挖或者挤压效果。

2.2 影响因素设计爆破压力受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：（1）岩石性质：岩石的硬度、强度以及其它物理和力学特性将直接影响设计爆破压力的选择。

1 爆炸和炸药的基本知识1．基本概念1． 1 爆炸及其分类何谓爆炸:爆炸是某一物质系统瞬间释放出巨大能量的物理和化学变化的过程,在这个过程中产生大量的高压、高温气体，伴随有冲击波、热、光‘声、电磁等效应。

爆炸分类：（1)物理爆炸：系统物质形态发生变化而物质组成和性质不发生变化的爆炸现象，如锅炉爆炸等（2)化学爆炸:系统物质形态、物质组成和性质都发生变化的爆炸现象，如炸药爆炸，这是本章的重点。

（3）核爆炸:原子弹、氢弹，都是利用化学元素U235的裂变和氘、氚、锂等聚变发生的爆炸现象1．2 产生化学爆炸的条件：（1）变化过程必须是放热反应，这是发生爆炸的首要条件，但不是说放热反应就能发生爆炸。

ZnC2O4=Zn+2CO2—205.4kj (吸热反应，不能发生爆炸）CuC2O4=Cu+2CO2+23.86kj （小量的热，不足以发生爆炸) AgC2O4=2Ag+2CO2+55.2kj （放出大量的热，有产生爆炸的条件）(2)变化过程必须是高速的，也就是要求释放能量快，即单位时间内传播的能量大，这是发生爆炸的重要条件。

如煤的放热反应,每kg释放能量为8960kj，而TNT炸药的爆炸反应,每kg释放能量4187k，而1kg煤的放热反应时间需要半小时,TNT炸药的爆炸反应只需要10-6秒。

因此，虽然发热量煤是TNT的两倍，但单位时间内放出的能量TNT却是煤的几千万倍.（3）变化过程必须释放出大量的气体，这是发生爆炸的必要条件。

如铝热剂反应：2Al+Fe2O3=AlO3+2Fe+8290kj这是高放热反应，但没有气体发生,也不是爆炸反应。

以上三个是主要条件,缺一不可,否则就不能发生爆炸反应。

1．3 炸药及其分类1．3．1按炸药组成分类：（1）单质炸药：由C、H、O、N四大元素组成的单一结构的化学物质。

如TNT、黑索金等（2）混合炸药：由二种以上成分结构组成的机械混合物。

如硝铵炸药、铵油炸药等。

1．3．2 按用途分类：（1）起爆药：敏感度很高的炸药，如雷汞、迭氮化铅等。

一、物理爆炸能量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：3110])1013.0(1[1⨯--=-kk pk pV E式中，E 为气体的爆破能量（kJ ）， 为容器内气体的绝对压力（MPa ），V 为容器的容积（m 3）， k 为气体的绝热指数，即气体的定压比热与定容比热之比。

常用气体的绝热指数2、介质全部为液体时的爆破能量当介质全部为液体时，鉴于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，爆破能量计算模型如下：2)1(2tl V p E β-=式中，E l 为常温液体压力容器爆炸时释放的能量（kJ ），p 为液体的绝对压力（Pa ），V 为容器的体积（m 3），βt 为液体在压力p 和温度T 下的压缩系数（Pa －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的爆破能量可按下式计算：W T S S H H E ])()[(12121---=式中，E 为过热状态液体的爆破能量（kJ ），H 1为爆炸前饱和液体的焓（kJ/kg ），H 2为在大气压力下饱和液体的焓（kJ/kg ），S 1为爆炸前饱和液体的熵（kJ/(kg?℃)），S 2为在大气压力下饱和液体的熵（kJ/(kg?℃)），T 1为介质在大气压力下的沸点（℃），W 为饱和液体的质量（kg ）。

爆炸冲击波及其伤害、破坏模型 、超压准则超压准则认为：爆炸波是否对目标造成伤害由爆炸波超压唯一决定，只有当爆炸波超压大于或等于某一临界值时，才会对目标造成一定的伤害。

否则，爆炸波不会对目标造成伤害。

液化气体与高温饱和水爆破事故后果模拟分析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。

过热状态下液体其伤亡半径、财产损失半径计算如下：1、盛装过热液体容器爆破事故计算模型 1.1爆破能量的计算（1）过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量m T S S i i E b l ])()[(2121---= （1-1）式中：l E ——过热状态下液体的爆破能量，KJ1i ——爆破前液化气体的焓，KJ/Kg 2i ——在大气压力下饱和液体的焓，KJ/Kg1S ——爆破前饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ） 2S ——在大气压力下饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ）m ——饱和液体的质量，Kg T b ——介质在大气压力下的沸点，K（2）饱和水容器爆破能量V C E w w =式中：w E ——饱和水容器的爆破能量，KJV ——容器内饱和水所占容积，m 3wC ——饱和水爆破能量系数，KJ/m 3饱和水的爆破能量系数由压力决定，下表列出了常用压力下饱和水容器的爆破能量系数。

常用压力下饱和水容器的爆破能量系数 表1-11.2将爆破能量换算成TNT 当量q爆破能量换算成TNT 当量q 。

因为1KgTNT 爆炸所放出的爆破能量为4320~4836KJ/Kg ，一般取平均爆破能量为4500KJ/Kg ，故其关系为：4500lTNT l E q E q ==（1-2） 1.3爆炸的模拟比实验数据表明，不同数量的炸药发生爆炸时，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：α==310)(q qR R 则0p p ∆=∆ （1-3）式中 R ——目标与爆炸中心的距离 R 0——目标与基准爆炸中心的距离 q 0——基准爆炸能量，TNT 当量q ——爆炸时产生冲击波所消耗的能量，TNT 当量，kg p ∆——目标处的超压，MPa0p ∆——基准目标处的超压，MPaα——炸药爆炸试验的模拟比根据式（1-3）拨破能量与1000KgTNT 爆炸的模拟比为：31313101.0)1000()(q q q q ===α （1-4）1.4 1000KgTNT 爆炸时死伤半径、财产损失半径的计算超压准则认为，只要冲击波超压达到一定值便会对目标造成一定的破坏或损伤。

爆破压力容差单位摘要：1.爆破压力容差的定义和作用2.爆破压力容差与压力容器的安全关系3.影响爆破压力容差的因素4.爆破压力容差的测量和计算方法5.提高爆破压力容差的措施6.爆破压力容在实际应用中的案例分析正文：爆破压力容差是指压力容器在承受压力波动时，不发生破裂或泄漏的最大压力波动范围。

它在压力容器的设计、制造和使用过程中具有重要的作用。

本文将从爆破压力容差的定义、与压力容器安全的关系、影响因素、测量和计算方法、提高措施以及实际应用案例等方面进行详细阐述。

一、爆破压力容差的定义和作用爆破压力容差是衡量压力容器安全性能的一个重要指标。

在压力容器的设计阶段，工程师需要根据容器材料、结构等因素确定合理的爆破压力容差，以确保容器在正常使用过程中不会因为压力波动而发生事故。

爆破压力容差主要包括以下两个方面：1.爆破压力上限：指压力容器在承受压力波动过程中，不发生破裂或泄漏的最高压力值。

2.爆破压力下限：指压力容器在承受压力波动过程中，不发生破裂或泄漏的最低压力值。

二、爆破压力容差与压力容器的安全关系爆破压力容差直接关系到压力容器的安全性能。

合理的爆破压力容差可以确保容器在正常使用范围内不会发生破裂或泄漏，从而保证人员和设备的安全。

然而，如果爆破压力容差设置不当，可能导致以下后果：1.爆破压力过高：容器在短时间内承受过高的压力，可能导致破裂事故，造成严重后果。

2.爆破压力过低：容器在承受压力波动时，可能提前达到爆破压力，影响容器的使用寿命。

三、影响爆破压力容差的因素爆破压力容差受多种因素影响，主要包括：1.材料性能：材料的强度、塑性、韧性等性能指标直接影响爆破压力容差。

2.结构形式：容器结构的合理性、对称性等因素会影响爆破压力容差。

3.温度：温度对材料的性能有一定影响，进而影响爆破压力容差。

4.工艺条件：加工工艺、焊接工艺等因素也会影响爆破压力容差。

四、爆破压力容差的测量和计算方法爆破压力容差的测量和计算主要依据国家标准和相关行业规范进行。

一、物理爆炸能量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：式中,E为气体的爆破能量kJ, 为容器内气体的绝对压力MPa,V为容器的容积m3, k 为气体的绝热指数,即气体的定压比热与定容比热之比;常用气体的绝热指数2、介质全部为液体时的爆破能量当介质全部为液体时,鉴于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,爆破能量计算模型如下：式中,El为常温液体压力容器爆炸时释放的能量kJ,p为液体的绝对压力Pa,V为容器的体积m3,βt为液体在压力p和温度T下的压缩系数Pa－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的爆破能量可按下式计算：式中,E为过热状态液体的爆破能量kJ,H1为爆炸前饱和液体的焓kJ/kg,H2为在大气压力下饱和液体的焓kJ/kg,S1为爆炸前饱和液体的熵kJ/kg℃,S2为在大气压力下饱和液体的熵kJ/kg℃,T1为介质在大气压力下的沸点℃,W为饱和液体的质量kg; 爆炸冲击波及其伤害、破坏模型、超压准则超压准则认为：爆炸波是否对目标造成伤害由爆炸波超压唯一决定,只有当爆炸波超压大于或等于某一临界值时,才会对目标造成一定的伤害;否则,爆炸波不会对目标造成伤害;研究表明,超压准则并不是对任何情况都适用;相反,它有严格的适用范围,即爆炸波正相持续时间必须满足如下条件：ωT>40式中：ω为目标响应角频率1/s,T为爆炸波持续时间s、冲量准则冲量准则认为,只有当作用于目标的爆炸波冲量达到某一临界值时,才会引起目标相应等级的伤害;由于该准则同时考虑了爆炸波超压、持续时间和波形,因此比超压准则更全面;冲量准则的适用范围为：ωT≤40、超压—冲量淮则房屋破坏式中Δps和Δ：分别为爆炸波超压和砖木房屋破坏的临界超压Pa,is和：分别为爆炸波冲量和砖木房屋破坏的临界冲量Pa·s,C为常数,与房屋破坏等级有关Pa2·s、冲击波超压的计算根据爆炸理论与试验,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距离有关;冲击波的超压与爆炸中心距离的关系为：式中：ΔP为冲击波波阵面上的超压,MPa ；R 为距爆炸中心的距离,m；q为爆炸时产生冲击波所消耗的能量,kgTNT;、冲击波超压的计算TNT 在无限空气介质中爆炸时,空气冲击波峰值超压计算式为：、冲击波超压的计算将物理爆炸能量换算成TNT当量q因为1 kg TNT爆炸所放出的爆破能量为4 230 ～ 4 836 kJ / kg ,一般取1 kg TNT 爆炸所放出的平均爆破能量为4 500 kJ / kg,故其关系为：、爆炸死亡概率计算方法首先通过爆炸的事故后果模型得出计算位置处的冲击波超压数值,然后通过冲击波超压概率方程确定死亡概率冲击波超压伤害概率方程通常使用Purdy等人的经典概率方程：、人员非均匀分布时的死亡人数计算方法总死亡人数计算式：式中：N为总的死亡人数；D i为第i个网格的人口密度；S为网格面积；v i为第i 个网格的个人死亡率；n为网格的数目;ni第i个网格中的人数;个人死亡率3、水蒸汽锅炉爆炸后果计算、锅炉汽包爆炸能量计算特别在临界和亚临界锅炉、大功率锅炉情况下气液共存压力容器爆炸后果计算爆炸能量计算装压缩气体的压力容器爆炸后果计算爆炸能量计算装液体的压力容器爆炸后果计算爆炸能量计算爆源的一般特征爆源的爆炸长度的定义比例长度的定义比例超压的定义比例冲量的定义发生在理想气体中的点源爆炸,比例超压和比例冲量可以用下面的公式计算：对于发生在空气中的点源爆炸,比例冲量可以用下面的公式计算可压缩爆炸性气体,半径为Re的球形爆源的爆炸情况假设爆源能量E瞬间释放到源体积中,在能量释放过程中爆源体积不会发生膨胀,爆源能量E可写成：由爆源的爆炸长度的定义,代入上式可得式中Pe为定容爆炸产生的气体压力,k为爆炸产生的气体混合物的定压比热与定容比热之比,即绝热指数;对于烃~空气混合物爆炸Pe/P0≈8,k≈,代入上式计算,得到：Re/R0≈;也就是说,常见的烃~空气混合物瀑炸的爆源半径近似是爆炸长度的1/5;这说明这种爆源的能量密度比较高,随后的空气爆炸波的衰减规律与点源爆炸产生的爆炸波的衰减规律不应该有显着的不同,因此,爆炸波的比例超压、比例冲量等参数可以根据比例长度计算,尤其是在冲击半径远远大于源半径的情况下;对于TNT这样的凝聚相炸药爆炸,Pe≈100MPa,则Re/R0≈,爆源尺寸与爆炸长度相比可以忽略;因此,凝聚相炸药爆炸可以近似看作点源爆炸,除了离装药表面很近的区域外,凝聚相炸药爆炸产生的爆炸波行为与点源爆炸产生的爆炸波行为没有多大差别;可见,爆源半径与爆炸长度之比Re/R0可以衡量有限源爆炸与点源瀑炸产生的爆炸波的相似程度;该比值越接近于零,有限源爆炸产生的爆炸波越接近于点源爆炸产生的爆炸波;如果能量释放不是瞬间的,设能量释放持续时间为tR,则可以定义特征速度vr=Re/tR;例如,对于蒸气云爆炸,特征速度表示有效火焰速度或爆轰速度;如果反应速度是超声速的,即特征速度大干源介质的初始声速c0,则反应阵面前的物质不受波传播过程的扰动;源体积能量释放过程中保持不变;如果反应速度是亚声速的,即特征速度小于源介质的初始声速,则反应阵面前的介质被扰动;在这种情况下,由于热量释放,产物膨胀,使反应阵面位移,在燃烧完成时刻t=tR,源最终体积大于初始体积;对于典型的烃~空气混合物,能量释放完毕时的爆源半径近似为爆源初始半径的2倍,即RR/Re≈2;用爆炸释放总化学能来计算爆炸长度,则下式成立由爆源的爆炸长度的定义,代入上式可得为燃料—空气混合物的密度式中Hc为燃料—空气混合物的燃烧热J/kg,ρ为燃料—空气混合物中的声速m/s ;kg/m3,C对于典型的烃—空气混合物爆炸,取典型值从Hc/c02≈20, 得到：Re/R0 ≈ ;由于爆源的真实半径近似为初始半径的2倍,因此,爆源的真实半径近似为爆炸长度的倍,即RR/R0≈ ;这就是说,如果能量释放不是瞬间的,且反应速度是亚声速的,那么,爆源尺寸接近爆炸长度,瀑源的能量密度比较低,爆炸产生的空气爆炸波的行为与点源爆炸产生的空气爆炸波的行为有比较大的偏离;当然,冲击距离越远,这种偏离越小;在爆炸远场,这种偏离会完全消失;因为在爆炸远场,所有爆炸产生的爆炸波超压服从同样的衰减规律,即：爆炸场分区当爆炸波从爆源由近及远向外传播时,人们一般将爆炸场分成三个区,即：爆炸近场区爆炸波压力非常大,环境压力可以忽略不计;同时,爆炸波参数有分析解;爆炸中场区近场区外是中场区,在中场区爆炸波参数仍然很大,足以造成人员伤亡和建筑物、设备等的严重破坏,因此,研究中场区的爆炸波特性具有十分重要的意义;中场区爆炸波参数没有分析解,只有数值解;爆炸远场区远场区的爆炸波参数有近似的分析解;因此,如果知道远场区某点的爆炸波压力—时间历程,就能容易的求得远场区其他位置的爆炸波参数;由于TNT是一种常见的典型凝聚相炸药,就以TNT在平整地面上发生的爆炸事故为例,研究凝聚相爆炸事故的伤害机理,建立凝聚相爆炸事故的伤害模型,预测凝聚相瀑炸事故的严重度;如果是其它凝聚相爆炸危险品爆炸事故,可以先将参与爆炸的危险品质量转换为当量TNT质量,然后使用TNT爆炸事故伤害模型预测爆炸事故的严重度;求当量TNT质量的计算公式为式中WTNT 是当量TNT质量kg,W是实际参与爆炸事故的凝聚相爆炸品质量kg,QE是实际参与爆炸事故的凝聚相爆炸品爆热J/kg,QTNT为TNT爆热J/kg ;凝聚相爆炸事故伤害模型的总体思路及关键参数建立凝聚相爆炸事故伤害模型的总体思路是：分析凝聚相爆炸产生的爆炸波伤害效应分析爆炸火球热辐射伤害效应分析爆炸破片伤害效应分析爆炸波作用下房屋倒塌伤害效应在分析和比较各种伤害半径相对大小的基础上,提出预测凝聚相爆炸事故严重度的具体方法影响凝聚相爆炸事故严重度预测结果的关键参数有：凝聚相爆炸品的质量、爆热、爆源周围房屋密集程度、室内人员密度、室外人员密度和财产密度等;爆炸波对人的直接伤害爆炸波对人的直接伤害是指爆炸产生的爆炸波直接作用于人体而引起的人员伤亡;White认为,人和哺乳动物对入射超压、反射超压、动态超压、最大超压上升时间和爆炸波持续时间十分敏感;冲量也是影响伤害程度的重要因素;除了上述爆炸波特性参数外,影响伤害程度的因素还有环境压力、动物类型、体重、年龄、与爆炸波的相对方位等;研究表明,人体中相邻组织间密度差最大的部位最易遭受爆炸波的直接伤害;对人而言,肺是最易遭受爆炸波直接伤害的致命器官,肺遭受伤害的生理~病理效应多种多样,如肺出血、肺气肿、肺活量减小等,严重时导致死亡;耳是最易遭受爆炸波直接伤害的非致命器官;考虑爆炸波的伤害可以从考虑肺伤害和耳伤害入手;爆炸波对肺的伤害在研究爆炸波对肺的伤害时,不同研究人员的研究思路和使用的伤害准则不尽相同;下面介绍文献中出现的两个肺伤害模型,并通过数值计算和回归分析,推导肺伤害致死半径的具体计算公式：爆炸波对肺的伤害——肺伤害模型一1990年,Pietersen提出了一个估计肺伤害致死半径的初步设想;下面的算法是对该设想的完善和具体实现超压和冲量计算由于凝聚相爆炸可近似看成点源爆炸,因此可应用发生在理想气体中的点源爆炸,比例超压和比例冲量计算式,计算爆炸产生的爆炸波超压ΔPs和冲量is;由于是地面爆炸,式中爆源能量应取实际爆源能量的倍;爆炸波对耳的伤害死亡半径计算人耳是最易遭受爆炸波伤害的非致命器官;Eisenberg认为,入射超压只需44kPa即可造成50％耳鼓膜破裂;相应的回归方程分别为：W为爆源当量TNT质量kgTNT整个身体位移时的撞击伤害整个身体位移时的撞击伤害是指人体在爆炸波超压和爆炸气流的作用下,被抛入空中并发生位移,在飞行中与其他物体发生撞击,从而受到的伤害;这种伤害既可在加速阶段发生,又可在减速阶段发生,但在后一种情形下,伤害往往更严重;减速撞击伤害程度由撞击后的速度变化、撞击持续时间、距离、被撞击表面的类型、性质、被撞击的人体部位和撞击面积等因素决定;撞击死亡超压假设撞击发生在减速阶段,被撞击面为刚性表面,White据此推导出,头部撞击死亡概率为50%时所需要的撞击速度为5.49m/s,整个身体撞击导致50%死亡概率时所需的撞击速度为16.46m/s;Baker和Cox等人,假设人体在空气动力学上近似为圆柱体,长径比为,空气阻力系数取,环境压力取101350Pa,环境声速取340.29m/s;由此推导出头部撞击50%死亡率曲线和身体撞击50%死亡率曲线爆炸波作用下头部撞击50%死亡率曲线图整个身体位移时的撞击伤害撞击死亡超压对头部撞击50%死亡率曲线进行拟合得到爆炸波作用下身体撞击50%死亡率曲线图对身体撞击50%死亡率曲线进行拟合得到爆炸波对人的直接伤害整个身体位移时的撞击伤害头部是最容易遭受机械伤害的致命部位;在减速撞击过程中,除头部伤害以外,其他致命的内部器官也可遭到伤害,或发生骨折;应该指出,被掩击的人体部位是随机的;头部撞击头朝前致死距离的回归方程为：W为爆源当量TNT质量kgTNT整个身体随机撞击致死距离的回归方程为：为爆源当量TNT质量kgWTNT爆炸火球模型火球直径、持续时间与药量之间一般具有如下的指数关系式中D为火球直径m,W为爆炸消耗的燃料质量kg,t为火球持续时间s,a、b、c、d 为经验常数;常见的爆炸火球模型爆炸火球模型式中D为火球直径m,t为火球持续时间s, θ为火球温度K,W为火球中消耗的燃料质量kg;火球热辐射的传播为了估计爆炸火球的伤害距离,必须知道火球热辐射的传播规律;在不考虑空气对热辐射吸收作用的情况下,Baker和Cox等人得到了下面的热辐射传播公式：式中q为热通量w/m2,Q为热剂量J/m2,W为火球中消耗的燃料质量kg,θ为火球温度K,R为到火球中心的距离m,G为常量,F为常量,B为常量×104,D为火球直径m;代入火球直径表达式,可得如果己知目标伤害的临界热剂量Qcr,火球消耗燃料质量W和火球温度θ,利用上式就可以计算火球的伤害距离;爆炸火球的伤害距离在瞬间火灾条件下,伤害程度只取决于接受到的热剂量,其一度灼伤、二度灼伤、死亡和引燃木材的临界热剂量分别为172kJ/m2、392kJ/m2、592kJ/m2和1030kJ/m2;火球的伤害距离表达式简化为：从式中可见,伤害距离与火球温度无关;将常量B=×104和一度灼伤、二度灼伤、死亡、引燃木材的临界热剂量172kJ/m2、392kJ/m2、592kJ/m2、1030kJ/m2代入火球伤害距离式,得：破片伤害效应由于从爆炸中获得巨大的初始动能,爆炸产生的破片能够在空中飞行很远的距离,并能伤害飞行中遇到的目标;爆炸破片分成初始破片和次生破片两大类;初始被片是装药壳体或储存容器破裂产生的破片次生破片则是爆炸近场物体在爆炸波作用下产生的破片储存容器破裂通常只产生1~2块大破片,而装有炸药的炮弹或容器爆炸则能产生很多小破片;尽管这些小破片形状不规则,但它们基本上是短粗状的,各个方向的几何尺寸具有相同的数量级,破片质量一般不超过1g,爆轰装药壳体的破片速度一般是储存容器破片速度的十倍以上,达到每秒几十米;爆炸近场的各种物体,从建筑材料一直到地面上的树木、花草、庄稼和蔬菜,都可以成为次生破片;次生破片的飞行速度、飞行距离和穿透能力一般比初始破片小得多,但仍有可能对它遇到的目标造成伤害;破片速度可以通过爆源能量来估计;有壳药柱爆炸产生的破片,初始动能一般是爆源能量的20%~60%;因此,破片初始速度可用下式计算：式中V'是破片初始速度m/s,E是破片初始动能J,W是破片质量kgClancey假设各种尺寸的装药能将破片推进同样的距离,据此推导出TNT爆炸产生的壳体破片多数具有以下的初始速度：薄壳体,2438m/s；中等厚度壳体,1829m/a；厚竞体,1219m/s;尽管Clancey所作的假设不尽合理,因为大尺寸装药能将破片推进更远的距离,但他估计出的破片初始速度对爆炸破片的初步危险性分析很有帮助;Clancey同时建议用下面的经验式估计破片的飞行距离式中：X代表飞行距离m,V代表破片飞行X米路程后的速度m/s,k是常数,超声速飞行时为,亚声速飞行时为,a是阻力系数,与破片形状和飞行方向有关,破片越规则和对称,阻力系数越小;a的取值范围一般为：~;破片穿透建筑材料的能力用下式来估计是破片穿透距离m,k、a和b是常数,取值与目标材料的性质密切相关,对式中：d1混凝土材料,取值分别为：18×10-6、和；对泥砖材料,取值分别为：23×10-6、和：对中等强度钢材,取值分别为：6×10-5、和;应用上式时应该注意两点：不规则形状的破片,其穿透能力只有计算值的一半；而坚锐的破片,其穿透能力比计算值更大;因此,在估计破片的穿透距离时,从安全的角度考虑, 上式计算出的穿透距离应再乘以、的安全系数;破片穿透皮肤可能引起人的死亡;死亡可能性大小与破片质量与撞击速度有关;荷兰应用科学研究院的研究结果表明,它们之间存在如下关系：式中：Pr为死亡几率单位非穿透性破片的质量和速度如果足够大,同样可以造成人员伤亡;荷兰应用科学研究院通过实验研究,推导的非穿透性破片撞击死亡几率单位方程为：英国炸药储存与运输委员会认为,破片的撞击动能必须大于或等于80J,才能够将人撞击致死;该委员会还建议,如果落入地面的破片密度为每56m2一块破片,则在室外开阔地面,人被破片击中的概率为1%;爆炸波对房屋的破坏爆炸能不同程度地破坏周围的房屋和建筑设施,造成直接经济损失;房屋的破坏程度不但与爆源性质、爆源总能量、房屋离爆源距离有关,而且与房屋本身的结构有关常见的房屋结构可以分为以下几类：钢筋结构混凝上结构钢筋混凝土结构砖石结构为了得到爆炸波与房屋破坏之间的关系,确定炸药库房与周围房屋之间的安全距离,英国炸药储存与运输委员会对100次爆炸事故进行了系统的调查研究;被调查的爆炸事故涉及到的炸药有TNT、硝化甘油、硝化棉和铝未混合炸药,药量从136.1kg到×106kg;1968年,Jarrett对英国炸药储存与运输委员会所做的这些工作进行了归纳和总结,提出了英式砖石结构房屋破坏程度与药量、距离间的如下关系式：式中R为爆炸波作用下的房屋破坏半径m,K为常量,与房屋破坏程度有关;Jarrett 将房屋的破坏程度分为A、B、Cb、Ca和D五级,其中A级破坏最严重,D级破坏最轻微;对K的取值分别为、、、28和56;房屋破坏等级分类A类破坏是指房屋几乎被完全摧毁；B类破坏是指房屋50%~75%的外部砖墙被摧毁,或不能继续安全使用,必须推倒；Cb类破坏是指屋顶部分或完全坍塌,或1~2个外墙部分被摧毁,或承重墙严重破坏,需要修复；Ca类破坏是指房屋隔板从接头上脱落,房屋结构至多受到轻微破坏；D类破坏是指屋顶和盖瓦受到一定程度的破坏,10%以上的窗玻璃破裂,房屋经过修复可继续居住;利用上式计算出的破坏距离应作如下理解：破坏距离以内的房屋全部遭受相应程度的破坏,而破坏距离以外的房屋无一遭受相应程度的破坏;或者说,破坏距离以内没有遭受相应程度破坏的房屋正好被破坏距离以外遭受相应程度破坏的房屋抵消;在实际发生的爆炸事故中,房屋倒塌是人员伤亡的一个重要原因;但室内人员因房屋倒塌死亡的概率与房屋的倒塌程度和房屋倒塌的突然程度有密切关系;因为,如果房屋倒塌之前有警告,人们就可以根据危险的严重性和紧迫性,采取不同的应对措施,如跑到室外,或呆在室内比较安全的地方,从而降低伤亡的概率;为了估计房屋倒塌的死亡人数,Withers和Lees对历史上的大量爆炸案例进行了分析,得到了爆源质量、室内人员密度与房屋倒塌致死人数间的关系：式中：N为房屋倒塌致死人数人,a为在室内的人,因房屋倒塌而死亡的概率,ρ为室内人员密度人/m2,R为爆炸使英式砖石房屋破坏得不能居住的最大距离m;应用上式时要注意两点：爆炸必须发生在建筑密集地区;爆炸必须是突然发生的,事前无警告,因而房屋倒塌时人们无法采取预防措施;爆炸使英式砖石房屋破坏得不能居住的最大距离凝聚相爆炸事故严重度预测方法到目前为止,已经讨论了凝聚相爆炸事故的爆炸波伤害效应、火球伤害效应、破片伤害效应和房屋倒塌伤害效应,推导或介绍了各种伤害效应的作用范围,比较了它们的相对大小;下面将在此基础上提出凝聚相爆炸事故严重度预测方法;基本假设为了预测凝聚相爆炸事故的严重度,需要用到如下假设：爆炸事故指凝聚相爆炸品在平整地面突然发生的无约束或弱约束爆炸事故,人们来不及采取任何躲避措施;只考虑房屋倒塌对室内人员产生的伤害效应,不考虑对室外人员产生的伤害效应,也不考虑初始破片和热辐射产生的伤害效应;死亡半径指爆炸波作用下头部撞击致死半径；重伤半径指50%耳鼓膜破裂半径；轻伤半径指1%耳鼓膜破裂半径;财产损失半径指爆炸波作用下砖石房屋Cb级破坏半径;室内平均人员密度和室外平均人员密度分别为ρ1和ρ2人/m2,平均财产密度为ρ3万元/m2,房屋占地百分比为f预测凝聚相爆炸事故严重度时,只考虑事故造成的直接财产损失和人员伤亡折合财产损失,不考虑事故造成的间接财产损失;预测凝聚相爆炸事故严重度的步骤如下：输入模型参数爆炸品质量Wkg、爆热QE J/kg、室内人员密度ρ1人/m2、室外人员密度ρ2人/m2、财产密度ρ3万元/m2、房屋占地百分比f将爆源质量W算成当量TNT质量WTNTkg;计算爆炸波作用下头部撞击致死半径R1m;计算爆炸波作用下耳鼓膜50％破裂半径R2m;计算爆炸波作用下耳鼓膜1%破裂半径R3m;计算砖石房屋Cb级破坏半径R4m;计算房屋破坏得不能居住半径R5m;按下式计算死亡人数N1人：式中：a为室内人员因房屋倒塌死亡的概率;上式右边第一项代表室内爆炸波直接致死人数,第二项代表室外爆炸波直接致死人数,第三项代表爆炸波作用下室内人员因房屋倒塌死亡人数;当房屋破坏得不能居住半径R5m大于耳鼓膜50%破裂半径R2m时,按下式计算重伤人数N2人：式中常量b是房屋倒塌中室内人员受重伤概率,建议b=上式右边第一项代表室内爆炸波直接致重伤人数,第二项代表室外爆炸波直接致重伤人数,第三项代表爆炸波作用下室内人员倒塌受重伤人数;当房屋破坏得不能居住半径R5m小于耳鼓膜50%破裂半径R2m时,按下式计算重伤人数N2人：上式右边第一项代表室内爆炸波直接致重伤人数,第二项代表室外爆炸波直接致重伤人数;当耳鼓膜50%破裂半径R2m、耳鼓膜1%破裂半径R3m和房屋破坏得不能居住半径R5m依次增大时,按下式计算轻伤人数N3人：式中常量c是房屋倒塌中室内人员受轻伤概率,取c=;右边第一项代表室内爆炸波直接致轻伤人数,第二项代表室外爆炸直接致轻伤人数,第三项代表爆炸波作用下室内人员因房屋倒塌受轻伤人数;当耳鼓膜50%破裂半径R2m、房屋破坏得不能居住半径R5m和耳鼓膜1%破裂半径R3m依次增大时,按下式计算轻伤人数N3人：右边第一项代表室内爆炸波直接致轻伤人数,第二项代表室外爆炸直接致轻伤人数,第三项代表爆炸波作用下室内人员因房屋倒塌受轻伤人数;当房屋破坏得不能居住半径R5m、耳鼓膜50%破裂半径R2m和耳鼓膜1%破裂半径R3m依次增大时,按下式计算轻伤人数N3人：右边第一项代表室内爆炸波直接致轻伤人数,第二项代表室外爆炸直接致轻伤人数;凝聚相爆炸事故造成的财产损失S1万元按下式计算：。