Общая характеристика взрывов

III. Закономерности техногенных взрывов

К основным признакам взрыва относятся следующие:

1). Взрыв представляет собой высвобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

2). Взрыв приводит к образованию продуктов с высоким давлением, которые при расширении оказывают динамическое воздействие на окружающую среду.

3). Взрыв обнаруживает себя звуковыми, световыми и прочими эффектами.

Взрывы происходят в результате высвобождения

а) химической энергии, в том числе энергии взрывчатых веществ;

б) внутриядерной энергии, в том числе при делении ядер;

в) электромагнитной энергии при искровых разрядах;

г) термической энергии, определяемой давлением и температурой вещества;

г) механической энергии, связанной с падением метеоритов на поверхность Земли, извержением вулканов и др.

В соответствии со системнологическим методом введем понятие «взрывная система».

Назначение взрывной системы состоит в изучении закономерностей взрыва. Основными компонентами взрывной системы являются:

- компонент, обладающий энергией взрыва, или взрывающийся компонент;

- окружающая среда.

Взрывающимся компонентом может быть, например, взрывчатое вещество. Окружающая среда для взрывной системы служит источником и приёмником потоков вещества и энергии.

Дополнительными компонентами взрывной системы могут быть:

- компоненты, сохраняющие взрывающийся компонент от физико-химических превращений, – например, оболочка взрывной системы;

- компонент, способствующий физико-химическому превращению взрывающегося компонента, – например, окислитель;

- компоненты, возникающие при физико-химических превращениях взрывающегося компонента, – продукты взрыва;

- компонент, инициирующий взрывное превращение, – инициатор взрыва;

- компоненты, ингибирующие взрывчатое превращение, - ингибиторы взрыва.

К процессам, происходящим во взрывной системе, относятся процессы перемещения вещества, переноса энергии, разложения сложных молекул на простые, расширения, испарения, ионизации, образования продуктов взрыва, распространения ударных волн и т.д.

Взрыв как системнологическое понятие – это практически мгновенное высвобождение сконцентрированной во взрывной системе энергии, сопровождающееся изменением физико-химического состояния взрывающегося компонента и возникновением ударной волны с избыточным давлением сжимаемой среды выше определённого значения.

Волна – это цикл инициированного процесса переноса вещества и энергии, заключающегося в чередовании нарастания и убывания их потоков, вызванном последовательной сменой направления переноса на противоположное.

Техногенные взрывы по характеру изменения состояния вещества подразделяются на химические и физические.

Химический взрыв связан с химическими превращениями вещества.

Физический взрыв сопровождается изменением термического состояния вещества, характеризующегося высокими давлениями или температурами.

Химические взрывы вызываются быстрыми химическими превращениями, происходящими в результате

- реакций взрывного разложения,

- взрыво-окислительных реакций,

- взрывных реакций полимеризации, изомеризации и конденсации в сложных химических соединениях,

- взрывных реакций в сложных смесях.

Примером реакции взрывного разложения может служить реакция химического превращения тротила:

Тротил или тринитротолуол (ТНТ) – это взрывчатое вещество для снаряжения боеприпасов. Из тротила также готовят заряды (патроны и шашки), используемые для взрывных работ в промышленности. Удельная энергия взрыва тринитротолуола составляет

кДж/кг.

При взрыве тротила в состав взрывной системы входит заряд тротила, инициирующее вещество, оболочка заряда, продукты взрыва и окружающая среда. Взрывающимся компонентом является тротил.

При взрыве газообразные продукты сжимают и оттесняют окружающий воздух в направлении меньшего давления. Продукты взрыва окружает слой сжатого воздуха. При радиусе зоны продуктов взрыва в 10–15 радиусов заряда зона сжатого воздуха отрывается от зоны продуктов взрыва и самостоятельно перемещается в окружающей среде в составе воздушной ударной волны.

Примером взрыво-окислительной реакции может служить реакция химического превращения в смеси водорода с воздухом

В состав взрывной системы входят водород, кислород воздуха, неактивные компоненты воздуха, продукты взрывчатого превращения и окружающая среда. Взрывающимся компонентом является водород, а компонентом, способствующим химическому превращению, т.е. окислителем – кислород. Взрыво-окислительная реакция может протекать в режиме дефлаграции или в режиме детонации.

Примером взрывной реакции для сложных химических соединений может служить реакция изомеризации этиленоксида в ацетальдегид

^,

который разлагается с образованием газов и выделением энергии

Удельная энергия разложения составляет

кДж/кг.

Взрывающимся компонентом является ацетальдегид. Расширяющиеся газообразные продукты разложения приводят к возникновению воздушной ударной волны.

Примером реакции в сложных смесях является химическая реакция в смеси селитры, углерода и серы. Смесь, состоящая из 75 % калийной селитры, 15 % древесного угля и 10 % серы, известна под названием дымного пороха. Взрывающимися компонентами являются углерод и частично сера, а компонентом, способствующим химическому превращению, т.е. окислителем – кислород селитры. Калий селитры предохраняет кислород от взаимодействия с углеродом при обычных условиях.

Химические взрывы классифицируются по плотности взрывающегося компонента. Выделяют 2 класса: взрывы конденсированных веществ и взрывы неконденсированных веществ.

Взрывы конденсированных веществ вызываются химическими превращениями плотных веществ в твёрдой и жидкой фазе. К конденсированным веществам относятся тринитротолуол C₆H₂CH₃(NO₂)₃ и нитроглицерин C₃H₅ (ОNO₃)₃, динамит (нитроглицерин + кизельгур, т.н.. рыхлая порода)

Взрывы неконденсированных веществ возникают в малоплотных смесях воздуха с горючими газами, парами или пылью.

К физическим взрывам относятся взрывы сосудов под давлением и паровые взрывы.

К сосудам под давлением относятся закрытые ёмкости, предназначенные для ведения технологических процессов, хранения и транспортирования жидкостей или газов с давлением, превышающим атмосферное.

При взрыве сосуда под давлением в состав взрывной системы входят вещество, заполняющее ёмкость, оболочка ёмкости и окружающая среда. Взрывающимся компонентом является сжатое или сжиженное вещество.

Взрыв сосуда под давлением происходит в результате снижения прочности оболочки и увеличения внутреннего давления выше предельно допустимого значения.

Паровой взрыв возникает в результате смешения двух жидких веществ с разными температурами, при условии, что температура одного из них значительно превышает температуру кипения другого.

При паровом взрыве в состав взрывной системы входят высокотемпературная жидкость, холодная жидкость с низкой температурой кипения, пар низкокипящей жидкости и окружающая среда. Взрывающимся компонентом является высокотемпературная жидкость, а компонентом, способствующим физико-химическому превращению, – холодная жидкость с низкой температурой кипения.

Попадание расплавленного металла, например, в воду приводит к дроблению его на мельчайшие капли и значительному увеличению поверхности теплообмена. Охлаждение сопровождается интенсивным испарением. Водяной пар имеет меньшую плотность, чем вода. Это приводит к быстрому увеличению давления. Пар сжимает и оттесняет окружающий воздух, скачкообразно растёт давление, возникает воздушная ударная волна.

По характеру локализации взрывной системы все взрывы подразделяются на точечные и объёмные. Точечный взрыв – это взрыв в системе, занимающей пренебрежимо малый относительно зоны взрывного воздействия объём. Как правило, под точечным взрывом понимают взрыв твёрдого или жидкого вещества

Объёмный взрыв – это взрыв в системе, занимающей значительный относительно зоны взрывного воздействия объём. Как правило, под объёмным взрывом понимают дефлаграционный или детонационный взрыв газовоздушного, паровоздушного или пылевоздушного облака.

Облако есть область локальной дисперсии (рассеяния) в атмосфере частиц твёрдого, жидкого или газообразного вещества.

Дата добавления: 2014-01-07