Возникновение взрыва
В химических системах взрыв может возникнуть:
1. цепным или тепловым путем,
2. от удара и трения,
3. от взрыва другого заряда (в частности, от капсюля-детонатора).
1) Сущность теплового взрыва вскрыта акад. Н.Н. Семеновым и заключается в том, что при определенных условиях в веществе нарушается тепловое равновесие: приход тепла реакции становится больше теплоотдачи. В результате в системе начинается лавинообразное нарастание скорости реакции и температуры вплоть до появления пламени и возникновения взрыва.
2) Возникновение взрыва при ударе связано с появлением местных микроскопических разогревов, приводящих к развитию микроочагов горения.
3) В химических системах взрыв обычно возникает в некоторой части системы и затем распространяется на всю систему.
При сильном ударе по взрывчатому веществу одновременно возникают очаги разогрева и весьма высокое давление, что способствует возникновению взрыва.
Если местное повышение давления станет большим, то образуется ударная волна, способная передавать разложение от слоя к слою, возникает детонация – явление распространения по взрывчатому веществу экзотермической химической реакции, возбуждаемой ударной волной.
Внешнее воздействие, приводящее к выделению потенциальной энергии, называют инициированием.
Общим для всех режимов в конденсированных системах являются выделение энергии и фазовый переход. Однако механизм перехода, определяющие факторы, пространственно-временная газодинамическая картина течения, существенно отличаются.
Для того чтобы протекать в форме взрыва, химическая реакция должна удовлетворять четырем основным условиям:
|
|
1) экзотермичность;
2) образование газов;
3) большая скорость;
4) способность к самораспространению.
Рассмотрим кратко основные факторы взрыва.
Экзотермичность реакции.
Это первое необходимое условие, без которого возникновение взрывчатого процесса было бы невозможно. Без этого не произошло бы самораспространение взрыва и саморазогрева газообразных продуктов реакции до температуры несколько тысяч градусов и их расширение. Чем выше теплота реакции, тем более разрушителен взрыв. Для современных взрывчатых веществ, наиболее широко применяющихся на практике, теплота реакции находится в пределах от 3 до 7 мДж/кг.
Большая скорость процесса.
Это наиболее характерный признак, отличающий взрыв от обычных химических реакций. Переход к продуктам реакции обычно происходит за стотысячные и даже за миллионные доли секунды. Поэтому в очень небольшом пространстве происходит колоссальная концентрация энергии, которая недостижима при любых других реакциях.
Особенно большие плотности энергии достигаются при взрыве конденсированных (твердых или жидких) веществ, которые и находят широкое применение в технике. Как было сказано выше, скорость распространения взрывного процесса по взрывчатому веществу (детонационная волна) может достигать величин 7-10 км/с.
Газообразование.
Высокое давление и обусловленный им разрушительный эффект взрыва не мог бы быть достигнут, если бы реакция не сопровождалась выделением большого количества газообразных продуктов. Обычно из 1 л обычных взрывчатых веществ образуется около 1000 л газообразных продуктов, которые в момент взрыва находятся в небольшом пространстве, занимаемом до этого взрывчатым веществом. Максимальное давление при взрыве конденсированных ВВ может достигать сотен тысяч атмосфер.
|
|
При взрыве же газообразных ВВ увеличения объема не происходит, а иногда происходит даже его уменьшение (например, в смеси водорода и кислорода). Однако за счет экзотермичности и высокой скорости реакции давление при взрыве может достигать порядка 10 атм. Поэтому так опасны взрывы природного газа в шахтах и квартирах при его утечке.
Ударная (взрывная) волна.
Основным параметром ударной волны является величина максимального избыточного давления, которое создается в окружающей среде. Особенности ударных волн:
· Скорость распространения ударных волн всегда больше скорости звука в невозмущенной среде и зависит от интенсивности ударной волны;
· Время действия ударной волны зависит от мощности взрыва;
· Ударные волны сопровождаются перемещением среды в направлении распространения волн возмущения;
· Во фронте ударной волны параметры состояния и движения среды изменяются скачком;
· Сила воздействия ударной волны постепенно уменьшается с расстоянием от точки взрыва.
