Единство процессов горения и взрыва.

В литературе и практике установились определенные подходы и терминология при рассмотрении пожаров, взрывов и связанных с ними проблем. В случаях, когда процессы окисления протекают сравнительно медленно, без образования ударной волны явления рассматриваются как горение. Аналогичные процессы во взрывчатых средах протекают значительно быстрее, чем при обычном горении, и определяются как взрыв.

Различают два вида взрывного горения: дефлаграционное и детонационное. По своей природе они имеют много общего, близки и химические процессы, протекающие при этих явлениях.

Дефлаграционное горение. В основе механизма распространения дефлаграционного горения лежит теплопередача в соседние с зоной горения участки материала. Скорость распространения процесса зависит от теплоемкости материала, его теплопроводности и некоторых других свойств.

Детонационное горение. При детонации, как и при дефлаграционном горении реакция протекает в узкой зоне, перемещающейся по веществу, но механизм ее распространения принципиально другой. Причиной инициализации экзотермических реакций при детонационном горении является скачкообразное изменение параметров состояния вещества (давления, температуры, плотности и др.), называемое детонационной волной. При этом происходит самовоспламенение вещества, что и является источником выделения энергии взрыва.

Распространение детонационной волны происходит со сверхзвуковой скоростью (до 1-5 км/с в газовых смесях и до 8-9 км/с в конденсированных ВВ). Давление во фронте детонационной волны для практической оценки разрушающей способности взрывов газовоздушных смесей на открытом воздухе в неблагоприятных условиях может доходить до 100 кПа. В тоже время известны случаи, когда при взрывах ГВС фиксировалось давление до 2 МПа. При взрывах конденсированных ВВ давление может достигать 10 ГПа.

Скорость детонации есть скорость распространения детонационной волны во взрывчатом веществе. Продукты детонации оказываются под большим давлением, что обуславливает соответствующие последствия взрыва - разлет элементов разрушенных конструкций, звуковой эффект и др.

Причины взрывов.

Непосредственными причинами взрывов могут быть любые физические явления, вызывающие нарушение устойчивого состояния взрывчатого вещества: изменение температуры, химические реакции, резкие внешние воздействия (удар, трение), ударная волна другого взрыва и т.п..

НОРМАЛЬНАЯ ДЕТОНАЦИЯ.

КРИТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Попытаемся оценить давление детонации по школь­ной формуле: Р =RT /. При плотности в детонаци­онной волне около 2 г/см³ получаем 2 ГПа, или 20 тыс. атм. Это много по бытовым меркам, но на порядок меньше, чем реальные данные в табл. 1. Продукты взрыва не идеальный газ! Когда плотность вдвое пре­вышает плотность воды, существенно отталкивание молекул, что и объясняет величину давления.

В условиях взрыва характерная скорость молекулы продуктов должна быть порядка 2 км/с. Для идеально­го газа примерно такой же была бы скорость звука. И здесь проявляется эффект плотности: реальная ско­рость звука в 2-3 раза больше. Повышенная упругость (жесткость) плотного вещества ускоряет передачу ин­формации. Вспомним, что скорость звука в воде при нормальных условиях 1,5 км/с, а в металлах 5-7 км/с — заметно быстрее движения атомов и молекул в этих те­лах.

Детонация распространяется устойчиво и стацио­нарно. Это возможно, только если разрежение, неиз­бежно возникающее позади волны из-за разлета про­дуктов взрыва, не может повлиять на зону реакции. Волны разрежения движутся относительно вещества со скоростью звука. Следовательно, зона реакции должна отделяться от последующего течения поверхностью, из которой газ вытекает (в системе отсчета, связанной с фронтом волны) со скоростью звука. Это правило от­бора нормальной детонации - стационарного режима — предложено С. Чепменом и Жуге. Скорость детона­ции должна несколько превышать скорость звука за фронтом, что и наблюдается.

При малых размерах заряда детонация затухает. Критический диаметр для многих ВВ лежит в диапазо­не от миллиметров до сантиметров. Боковое расшире­ние ослабляет зону реакции, когда время разлета ста­новится порядка времени химической реакции (критерий Ю.Б. Харитона). Из него следует, что любая горючая смесь может детонировать, если заряд доста­точно велик. Действительно, известны неожиданные взрывы материалов, считавшихся инертными. В 1921 году произошел сильнейший взрыв в Оппау (Германия) на заводе удобрений. Произведенная селитра при хра­нении слеживалась и затвердевала. Рыхление продукта производили взрывами небольших зарядов ВВ. За дол­гое время было сделано свыше 20 000 взрывов, однако последний из них вызвал детонацию всей кучи. Погиб­ло около 500 человек и примерно 2000 были тяжело ра­нены.

Взрывчатые вещества.

Определение взрывчатых веществ.

Существует много веществ, в которых в том или ином виде запасено большое количество энергии, например в виде внутримолекулярных или межмолекулярных связей. В нормальных условиях эти вещества достаточно устойчивы и могут находиться в твердом, жидком, газообразном или аэрозольном состоянии. Однако, в результате оказания инициирующего воздействия ( теплом. трением. ударом или каким- либо другим способом) в них запускаются экзотермические процессы, протекающие с большой скоростью и приводящие к большому выделению энергии. Обычно говорят, что произошло взрывчатое превращение, а сами вещества называют взрывчатыми веществами или кратко ВВ.

Твердые и жидкие ВВ имеют в своем составе химически нестабильные соединения, а также восстановители или окислители либо в виде однородного вещества, либо в виде смеси нескольких веществ. Эти вещества называют конденсированными ВВ.

Газообразные энергоносители представляют собой гомогенные смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями, либо нестабильные газообразные соединения, склонные к разложению в отсутствие окислителей (например ацетилен). В этих газообразных веществах при взрывах протекают экзотермические реакции окисления или реакции разложения нестабильных соединений.

Участвующие в химическом взрыве аэровзвеси состоят из мелкодисперсных горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пыли) в окислительной среде (обычно в воздухе). Источником энергии в этом случае служит тепло их сгорания.

К взрывчатым могут быть отнесены любые вещества, способные к взрывчатому превращению. Однако на практике к ВВ относят специальные группы веществ, которые отвечают определенным требованиям:

1.Достаточно высокое содержание энергии в единице массы и большая мощность развиваемая при взрыве, обусловленная скоростью процесса.

2.Определенные пределы чувствительности к внешнему воздействию, обеспечивающие как достаточную безопасность, так и легкость возбуждения взрыва.

3.Способность в течение длительного периода сохранять свои свойства.

4.Доступность исходных материалов, технологичность и безопасность в производстве.

5.Специальные свойства, зависящие от характера применения (например, нетоксичность продуктов взрыва).