จะคำนวณการรับแรงกดของการระเบิดของไซโลได้อย่างไร

ฉันต้องการตรวจสอบการออกแบบไซโลของผู้ขายอิสระเพื่อระบายการระเบิดที่เหมาะสม กรณีที่เลวร้ายที่สุดมันเป็นรูปทรงกระบอกที่เต็มไปด้วยส่วนผสม stoichiometric ฝุ่นน้ำตาลและออกซิเจนในบรรยากาศในขั้นต้นที่ความดันบรรยากาศ หลังคาของทรงกระบอกได้รับการออกแบบให้แยกออกจากโครงสร้างด้วยสมมติว่ามีแรงเป็นศูนย์ หลังคายังมีมวลบางส่วนต่อตารางนิ้ว

มีวิธีที่แตกต่างกันมากมายในการทำเรื่องนี้ แต่เริ่มแรกที่จะข้าม calcs ชั่วคราวฉันคิดว่าฉันสามารถคำนวณกรณีที่เลวร้ายที่สุดโดยสมมติว่าออกซิเจน 100% ตอบสนองทันที ใส่พลังงานนั้นลงในกฎของก๊าซในอุดมคติและคำนวณแรงดันสุดท้ายหากไม่ได้ใช้งาน ไม่แน่ใจว่าสิ่งนี้จะเป็นความดันสูงสุดจริง ๆ หรือถ้าความดันของคลื่นช็อกชั่วคราวนั้นเกินกว่านี้

ความดันขั้นต่ำจะเป็นปอนด์ต่อตารางนิ้วจำเป็นต้องยกและเร่งหลังคาขึ้น แรงกดบนหลังคาที่ระบายอากาศควรจะค่อนข้างง่ายอีกครั้งโดยไม่พิจารณาภาวะชั่วครู่

มีความคิดเห็นเกี่ยวกับวิธีการคำนวณแรงกดดันบนผนังโดยไม่ต้อง CFD หรือไม่ ขอบคุณ!

คุณมีแรงกดดันสองอย่างที่มีความสำคัญที่นี่ ความกดดันหนึ่ง (สิ่งที่คุณกำลังพิจารณาและ @Bart คำนวณ) เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีเช่นฝุ่นน้ำตาลและอากาศคุณมีก๊าซใหม่ (คาร์บอนออกไซด์และน้ำและอาจเป็นไนโตรเจนออกไซด์) ที่อุณหภูมิสูงขึ้น สิ่งนี้เรียกว่าความดันสมดุลคงที่ของปริมาตรคงที่

นอกจากนี้ยังมีด้านหน้าของเปลวไฟที่เดินทางผ่านส่วนผสมที่ระเบิดได้ซึ่งทำให้เกิดแรงดัน (และความหนาแน่นและอุณหภูมิ) นี่คือความดันระเบิดชั่วคราวและความดันนี้มีขนาดใหญ่กว่ามาก

หากคุณต้องการประเมินความดันการระเบิดสำหรับการเดาลำดับแรกคุณสามารถคำนวณ Chapman-Jouguet pressure (CJ pressure) . มี วิดีโอ youtube ที่ดี ที่อธิบายวิธีการทำ โปรดทราบว่านี่เป็นวิดีโอการบรรยาย 55 นาที

หรือถ้าคุณไม่ต้องการคำนวณด้วยมือคุณสามารถใช้ ซอฟต์แวร์ CEA ของ NASA (ความสมดุลทางเคมีพร้อมการใช้งาน) . การดำเนินการนี้อาจใช้เวลานานพอสมควร

หรือคุณเพียงแค่ใช้ตัวเลขจาก นี้ (8.5 บาร์) หรือ นี้ (8.5 บาร์) หรือ นี้ เว็บไซต์ (9 บาร์) ซึ่งทั้งหมดดูสมเหตุสมผล

โปรดทราบว่าคุณจะมีแรงกดดันสูงกว่าในขอบและมุมโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความเข้มข้นของคลื่นกระแทก ในการคำนวณคุณต้องมีซอฟต์แวร์ CFD พิเศษ

และใช่ 8.5 บาร์ก็เพียงพอที่จะพัดหลังคา

ความดันในไซโลถูกกำหนดโดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ อุณหภูมิปลายหลังจากการเผาไหม้สามารถคำนวณได้ดังนี้:

$$ T_ {end} = \ dfrac {E} {(m_ {air} + m_ {เชื้อเพลิง}) C_V} + T_ {เริ่มต้น} $$

โดยที่ $ E $ คือพลังงานที่เพิ่มเข้ามาต่อพื้นที่ (เช่น m ³ ) $ m $ คือมวลของเชื้อเพลิงและอากาศเป็นกิโลกรัมในพื้นที่นั้นและ $ C_V $ คือความร้อนเฉพาะของส่วนผสมที่ปริมาตรคงที่ (รับ 724 J / kgK สำหรับอากาศ) และ $ T_ {เริ่มต้น} $ คืออุณหภูมิของส่วนผสมก่อนจุดติดไฟ (อุณหภูมิห้อง 293 K)

สมมติว่าเรามีอุณหภูมิสูงขึ้น 980 องศาซึ่งทำให้อุณหภูมิท้าย 1,000 ° C หรือ 1273 เคจากนั้นเมื่อเริ่มแรงดันคือ 1 บรรยากาศแรงดันสุดท้ายจะเป็น:

$$ p_ {end} = p_ {start} \ cdot \ dfrac {T_ {end}} {T_ {start}} = 1013.25 \ cdot \ dfrac {1273} {293} = 4402 \ text {hPa / mbar} $$

นั่นคือ 4.34 คูณสูง 4.5 บาร์หรือประมาณ 64 psi เห็นได้ชัดว่ามีข้อสันนิษฐานและการคาดเดามากมายที่นี่และมันจะไม่ติดไฟทันที แต่ฉันจะแปลกใจถ้าตัวเลขต่างกัน ฉันจะเดิมพันมันประมาณ 4 ถึง 5 บาร์ เห็นได้ชัดว่าเพียงพอที่จะระเบิดหลังคาออกไป