Simulacije eksplozij

Eksplozije se žal dogajajo tudi v Sloveniji. V zadnjem obdobju je bilo v Sloveniji bistveno več eksplozij kot v preteklosti. Nekatere na žalost tudi s smrtnimi žrtvami. Pri preiskavah eksplozij so danes simulacije eksplozij nepogrešljivo orodje, saj lahko natančneje ugotovimo, kaj je šlo narobe.

Po vsaki eksploziji so prizori materialne škode pričakovani, če odmislimo poškodbe ljudi ali smrtne žrtve. Prav v tej materialni škodi, ki na prvi pogled v človeku vzbudi brezup, pa so skrite še kako dobrodošle informacije pri preiskavah eksplozije. Razbita stekla na stavbah so ena od ključnih informacij pri preiskavah eksplozij. Iz velikosti razbitega stekla in oddaljenosti od mesta eksplozije lahko najlažje ocenimo silovitost eksplozije. Prav tako so ključni tudi podatki o ožganinah, saj se iz tega lahko oceni količino eksplozivne snovi, ki se je ob eksploziji vžgala. Vse to pa so dragoceni podatki za izdelavo simulacije, ki nam da vpogled v pravo dogajanje v tistih usodnih trenutkih.

Slika 1: Model kuhinje

Če se osredotočimo na ne povsem redek primer eksplozije, ki lahko nastane kot posledica puščanja plina iz jeklenke v domači kuhinji, lahko hitro ugotovimo, kako malo plina iz jeklenke je dovolj, da lahko pride do uničujoče eksplozije. Poglejmo to na konkretnem modelu kuhinje (slika 1), kjer imamo kuhinjsko opremo s štedilnikom levo od hladilnika. V spodnji omarici pod štedilnikom je vgrajena plinska jeklenka. V prostoru sta tudi okno desno od hladilnika in jedilna miza.

Tveganje za eksplozijo v kuhinji predstavlja puščanje plina kjer koli med jeklenko in štedilnikom. Če predpostavimo, da je puščanje propana iz jeklenke nekaj g/s, lahko ugotovimo, kako velika eksplozivna atmosfera bi pri tem nastala. Največje tveganje za eksplozijo je v okolici jeklenke, kar je razvidnona (sliki 2). Prikazana eksplozivna atmosfera bi nastala obdaljšem puščanju plina ob predpostavki, da so vhodna vrata kuhinje ves čas odprta in se plin stalno redči. Masa plina v prikazani eksplozivni atmosferi je 5 g in skupaj v zmesi z zrakom zavzema volumen 40 l.

Slika 2 Eksplozivna atmosfera zaradi puščanja plina

Iz tako pridobljenega podatka o velikosti eksplozivne atmosfere lahko v nadaljevanju simuliramo eksplozijo oziroma širjenje tlaka in toplotno delovanje po kuhinji, če bi se ta eksplozivna atmosfera vžgala z enim od virov vžiga. V tem konkretnem primeru bi to lahko bila električna iskra na termostatu v pečici pod kuhalno ploščo.

Na zgornjih treh slikahje prikazan rezultat simulacije tlaka eksplozije v času 20 ms,50 ms in 70 ms po eksploziji. Z rdečo je prikazan nadtlak eksplozije in z modro podtlak eksplozije, ki vedno sledi nadtlaku. Tlak eksplozije na okensko steklo desno od hladilnika bi presegal 10 mbar, kar z gotovostjo povzroči razbitje stekla. Tlak bi deloval tudi na jedilno mizo s takšno silo, da bi se ta prevrnila. Če bi se vse to res zgodilo, imamo potrditev, da je simulacija eksplozije pravilna.

Slika 3 Tlak eksplozije po 20 ms

Slika 4 Tlak eksplozije po 50 ms

Slika 5 Tlak eksplozije po 70 ms

Dodatno pa lahko ocenimo tudi toplotno delovanje eksplozije ob dejstvu, da temperatura v središču eksplozije presega 2000°C. Rezultati so prikazani na slikah 6, 7 in 8 v času 0.5 s,1 s in 2 s po eksploziji.

V tem modelu je prikazana eksplozija, do katere bi prišlo, če bi puščal plin iz jeklenke in bi se ta tudi vžgal. Razbito okno, prevrnjena miza in ožgana kuhinja bi bili najbolj očitni znaki te eksplozije. Vendar ne pozabimo, da je za takšno eksplozijo dovolj le nekaj gramov plina.
Za preprečitev te konkretne eksplozije pa je rešitev poceni in enostavna – redno vzdrževanje plinskih instalacij.

Slika 6 Širjenje toplote po 0.5 

Slika 7 Širjenje toplote po 1 s

Slika 8 Širjenje toplote po 2 s