Взрыв и детонация

Дефлаграционный механизм распространения пламени.

Скорость распространения пламени является одной из важнейших характеристик пожаровзрывоопасности веществ и материалов.

Взрыв является следствием быстропротекающих физических или химических процессов, сопровождающихся переходом внутренней энергии системы в работу расширяющихся продуктов взрыва.

В зависимости от механизма протекающих при этом процессов различают физический и химический взрыв.

Физический взрыв протекает без химических превращений и подчиняется физическим, в основном, газодинамическим законам. К физическим взрывам относятся взрывы паровых котлов и сосудов с высоким внутренним давлением.

Химический взрыв возникает результатом быстропротекающих химических реакций.

Однако при реальных пожарах горение в газовой фазе является наиболее важным видом горения, т.к. касается не только горения горючих газов, но и горения горючих жидкостей и твердых веществ, которые перед непосредственным вступлением в реакцию окисления испаряются или термически разлагаются с образованием газообразных горючих продуктов, рассмотрим подробнее распространение пламени в газовой фазе.

Распространение пламени по горючей среде, при котором зона реакции горения движется вследствие послойного разогрева по механизму теплопроводности, называется нормальным или дефлаграционным горением. Механизм дефлаграционного горения был изучен одним из основоположников теории горения В.А.Михельсоном.

Дефлаграцию можно рассматривать как переходный режим от горения к взрыву.

Распространение пламени может происходить не только по механизму дефлаграции. При определенных условиях дефлаграция может перейти во взрыв.

Взрыв – это такой режим химических реакций, при котором скорости химических превращений лежат за пределами дефлаграции и составляют от 2000м/с до 10-12 тысяч м/с.

При наличии возмущающих факторов (например, при вынужденном движении горючей среды, за счет силы тяжести и трения) форма пламени будет искривляться, при этом величина поверхности фронта пламени будет резко возрастать, что приводит к резкому возрастанию суммарной скорости горения. Искривление поверхности пламени является следствием турбулизации сгорающего газа. При сильной турбулизации малые элементарные участки горючей смеси перемешаны с горячими продуктами горения и фронт пламени уже не разделяет горящую и холодную горючую смесь. Послойное распространение зоны горения происходит нагреванием последующих слоев горючей смеси за счет быстрого адиабатического сжатия, приводящего к возникновению ударной волны. Такой механизм горения называется взрывом.

Если дефлаграционное пламя распространяется с небольшой скоростью, порядка нескольких метров или десятков метров в секунду, то скорость детонационного горения значительно выше – сотни метров в секунду и может достигать скорости звука. Создаются условия для возникновения взрыва.

Взрыв – это режим горения, при котором фронт пламени распространяется за счет самовоспламенения горючей смеси во фронте бегущей впереди ударной волной.

Подробно о возникновение ударных волн и детонации мы рассмотрим в разделе 3 нашего курса.

Сейчас рассмотрим лишь некоторые отличия в распространении пламени при дефлаграции и детонации. При взрыве газообразных горючих смесей толщина слоя, в котором происходят химические превращения, значительно шире, чем при дефлаграционном режиме горения и измеряется величиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В то же время в газовых смесях детонационной фронт не является гладким. Негладкость фронта в газах является результатом неоднородностей и турбулентностей, взникающих в зоне химической реакции, что приводит к пульсирующему режиму распространения детонационного фронта.

Скорость распространения пламени при взрыве целиком и полностью будет определяться скоростью распространения ударной волны D:

Скорость распространения ударной волны в реальных горючих газовых системах может превышать 1 км/с. Опыт показывает, что для водорода, например, D = 2820 м/с.

Огромный профессиональный интерес для пожарных специалистов представляет явление самопроизвольного возникновения взрыва. Оно становится возможным при скорости распространения пламени порядка тысяч м/с.

Как и дефлаграция, детонация газовых систем возможна только в определенной области концентраций горючего и окислителя, причем всегда в области воспламенения (об этом подробно в следующих лекциях).

Количество горючих веществ, способных образовывать взрывооопасные смеси, достаточно велико, причем способность их к взрыву повышается в смесях с кислородом. Последствия взрыва всегда катастрофичны.

Дата добавления: 2014-01-11