Умови виникнення вибуху - студопедія

ВИБУХИ газопароповітряних СУМІШЕЙ І

Умови виникнення вибуху

Вибух - швидке екзотермічне хімічне перетворення вибухонебезпечного середовища, що супроводжується виділенням енергії і утворенням стислих газів, здатних проводити роботу (ГОСТ 12.1.010 - 76).

Під вибухом розуміється явище, пов'язане з раптовою зміною стану речовини, що супроводжується різким звуковим ефектом і швидким виділенням енергії, що призводить до розігріву, руху і стисненню продуктів вибуху і навколишнього середовища. Виникнення підвищеного тиску в області вибуху викликає утворення в навколишньому середовищі ударної хвилі з сильним руйнівним впливом.

Під час вибуху вихідна потенційна енергія речовини перетворюється, як правило, в енергію нагрітих стислих газів, яка в свою чергу при їх розширенні переходить в енергію руху, стиснення, розігріву середовища. Частина енергії залишається у вигляді внутрішньої (теплової) енергії розширилися газів (див. Рис. 7.1).

В результаті вибуху відбувається швидке виділення великої кількості енергії, пов'язане з раптовою зміною стану речовини, що супроводжується руйнуванням і розкиданням навколишнього середовища, виникненням і поширенням в ній так званої ударної хвилі.

Виділення енергії відбувається головним чином в результаті утворення великої кількості тепла при переході початкової системи з малою енергією зв'язку між її частками в систему з частинками, енергія зв'язку яких більше. З фізики відомо, що перехід системи з менш стійкого стану в більш стійке завжди супроводжується виділенням кінетичної енергії. Збільшення ж кінетичної енергії рухомих частинок еквівалентно підвищенню їх температури. Отже, реакції, що супроводжуються явищем вибуху, завжди будуть екзотермічні - це перша умова вибуху.

Мал. 7.1. Перетворення енергії при вибуху

Наприклад, при хімічному вибуховому перетворенні, властивому зазвичай ВВ, коли порушуються зв'язку атомів молекули, відбувається екзотермічне перетворення цих речовин в інші, більш стійкі, переважно газоподібні речовини. При цьому виділяється близько 1000 ккал тепла з 1 кг ВВ.

При ядерному вибуховому перетворенні (ядерному вибуху) порушують не внутрішньо-молекулярні, а всередині-ядерні зв'язку і відповідно виділяється велика кіль-кість енергії. Так, наприклад, при розподілі всіх ядер, з-тримаються в 1 кг урану, має виділятися близько 2. 10 10 ккал тепла.

Особливо від цих двох видів вибухового перетворення знаходиться явище вибуху, при якому не відбувається ні хімічної, ні ядерної реакції, а причиною вибуху є-ється великий тиск газоподібних продуктів, утворювати ваемих всередині герметично закритої судини. У цьому слу-чаї відбувається «вибух», подібний вибухів парових кіт-лов і балонів зі стисненим газом. Засновані на цьому принципі системи у вигляді патронів «кардокс», «Гидрокс» і їм подібні застосовуються в шахтах, вельми небезпечних щодо газу або пилу, де не допустимо вибух, що супроводжується виділ-ням полум'я.

Кількість енергії, що виділяється залежить від швидкості, швидкості цього процесу, бо швидкість виділення енергії (тепла) є другим обов'язковою умовою вибуховий реакції.

Наприклад, при згорянні 1 кг камен-ного вугілля виділяється 7-8 тис. Ккал тепла. Однак згоряння вугілля, що йде по поверхневих шарів, прогрів внутрішніх шарів і підведення кисню відбуваються настільки повільно, що утворилося тепло встигає відводитися в навколишнє середовище і не може виконати механічну роботу.

При вибуховому перетворенні звичайних ВВ, що дають всього близько 1000 ккал / кг, реакція в їх масі йде настільки швидко (кілька кілометрів на се-Кунду), що тепло не встигає відводитися в навколишнє середовище, а газоподібні продукти такої екзотермічної реак-ції (продукти вибуху ) бувають нагріті до 2500-45000 0 С.

Швидкість протікання реакції обумовлюється тим, що в самій масі ВВ міститься доста-точна кількість кисню, необхідне для перетворений-ня вихідної речовини в газоподібні продукти вибуху.

Наявність газоподібних продуктів реакції - третя обов'язкова умова вибуху. Обсяг цих продуктів в сот-ні разів більше обсягу вихідної речовини. При сильному на-нагріванні їх і вкрай швидкому освіті вибуху в цих продуктах, що знаходяться в початковий момент в обсязі результат-ного речовини, створюється тиск в десятки і сотні тисяч атмосфер. В результаті газоподібні продукти вибуху, стрімко розширюючись, діють на навколишнє сере-ду у вигляді потужного удару, збуджуючи в ній виникнення ударної хвилі і виробляючи руйнування, дроблення і раз-брасиваніе цього середовища.

Значення газоподібних продуктів можна бачити на прикладі терміту, реакція якого і екзотермічну, і бистропротекаема, але при повній відсутності газоподібних продуктів. І явище вибуху при цьому не спостерігається.

Таким чином, явище вибуху можливо при наявності трьох обов'язкових чинників: екзотермічності реакції, дуже великій швидкості її про-протікання і великого тиску газоподібних продуктів, ко-торие в процесі розширення здійснюють механічну ра-боту.