Тема 2. Общие сведения о горении взрыве.
Энергетические системы-это гомогенные или гетерогенные системы, которые в результате химического превращения, происходящего при горении или взрыве, выделяют энергию в виде тепла, света или работы.
Горение может быть гомогенным и гетерогенным. Определяющим является наличие или отсутствие границы раздела фаз.
Совокупность всех однородных частей системы, одинаковых по физическим и химическим свойствам и отграниченных от других частей системы поверхностью раздела, называют фазой.
Горение газов (Н,О, N,), жидких топлив (бензин, керосин и др. - это гомогенное горение:
Гетерогеное горение-наличие поверхности раздела фаз: древесина, порох, ВВ, ПС, Топлива.
Количество теплоты, выделенной или поглощенной системой в результате химического превращения, называют тепловым эффектом реакции.
Химические уравнения, в которых указано количество выделенной или поглощенной теплоты, называют термохимическими уравнениями.
Горение-быстрый физико-химический и окислительно-восстановительный процесс, который происходит с выделением тепла, является самораспространяющимся и сопровождается свечением и образованием пламени. Признаки:
1.Быстрое горение-высокая скорость горения-с, доли с;
2. Выделение тепла;
3.Получение заданного эффекта.
Суммарное тепло, выделяющееся при горении расходуется на:
А) поддержание горения;
Б )рассеивание в окружающую среду;
В) Получение эффекта.
Пламя :
- гомогенное (газообразные вещетва) и гетерогенные на поверхности раздела фаз.
Горение-быстрый физико-химический и окислительно-восстановительный процесс, который происходит с выделением тепла, является самораспространяющимся и сопровождается свечением и образованием пламени. Признаки:
1.Быстрое горение-высокая скорость горения-с, доли с;
2. Выделение тепла;
3.Получение заданного эффекта.
Суммарное тепло, выделяющееся при горении расходуется на:
А) поддержание горения;
Б )рассеивание в окружающую среду;
В) Получение эффекта.
Пламя :
гомогенное (газообразные вещетва) и гетерогенные на поверхности раздела фаз.
Процессы, происходящие при горении
Разложение компонентов (углеводороды,нитросоединения,неорганические окислители) с образованием продуктов реакции (углерод, водород, кислород);
2. Окисление Н, N , СО, Ме;
3. Диссоциация продуктов горения;
4. Ионизация продуктов горения.
1. Определения.
Взрыв представляет собой физический или химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объеме, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов. При взрыве происходит очень быстрое превращение потенциальной энергии в кинетическую, связанное с внезапным изменением состояния вещества, при котором переход энергии из потенциальной в кинетическую сопровождается резким повышением давления, образованием ударной волны и совершением механической работы.
Основными исходными видами энергии взрыва могут быть три основных типа: физическая, химическая и ядерная. Таким образом, взрывы классифицируют по происхождению выделившейся энергии (электрический, кинетический, тепловой, упругого сжатия, атомный, химический) на несколько типов:
1. Физические взрывы (за счет сжатия газов или жидкостей и возникновения давлений, превышающих прочностные характеристики стенок сосуда, происходит их разрушение, и вырвавшиеся сжатые продукты за счет быстрого расширения производят работу). Так разрушаются, например, массивные стеклянные шары, сжимаемые гидравлическим прессом.
2. Кинетические взрывы (при ударе движущегося с большой скоростью тела о преграду, например, метеорита о землю, кинетическая энергия которого переходит в тепловую.
3. Атомные или ядерные взрывы (за счет быстрого выделения огромного количества тепла при цепной ядерной реакции).
4. Электрические взрывы (проскок искры между полюсами, быстрое, «взрывное», испарение металлической проволочки при подведении тока с высокими параметрами или молния при грозе).
5. Объемные взрывы (образуют газопаровоздушные и пылевоздушные смеси).
6.. Химические взрывы (за счет внутренней потенциальной энергии, которая выделяется в результате быстрого протекания химических реакций в веществах).
При физических взрывах происходят только физические превращения вещества и не происходит изменения их химического состава.
Явление взрывчатого превращения веществ характеризуют четыре связанных между собой основных фактора:
1. выделение тепла,
2.большая скорость реакции,
3.выделение газов,
4.самораспространение реакции взрывчатого превращения.
Выделение тепла при реакции взрывчатого превращения, или экзотермичность процесса, создает температурные условия, обеспечивающие надлежащую скорость взрывной реакции. Большая скорость химической реакции или перехода начальной системы в конечную систему продуктов превращения позволяет создать высокую температуру и большую энергию в короткий промежуток времени.
Процессы взрывчатого превращения могут протекать в различных формах, главными из которых являются горение и детонация (наиболее совершенная форма взрыва). При этом между горением и взрывом существует принципиальная разница: распространение горения обусловлено главным образом такими медленно протекающими процессами, как диффузия и теплопроводность, в то время как взрыв распространяется под действием ударной волны, движущейся по заряду, сжимающей и разогревающей исходное вещество до такой степени, что за ее фронтом создаются условия для чрезвычайно быстрого протекания реакций химического превращения. Энергия этих реакций частично передается во фронт ударной волны и препятствует, тем самым, ее затуханию. При этом могут быть созданы такие условия, когда ударная волна становится стационарной. Этому случаю соответствует протекание взрыва в форме детонации. Детонация протекает с постоянной и максимально возможной для данного заряда ВВ скоростью. Поэтому скорость детонации является одной из важнейших характеристик данного ВВ.
Структура детонационной волны в цилиндрическом заряде ВВ
Причины внезапного расширения газов или паров могут быть различны. Укажем некоторые из них.
а) Внезапное изменение физического состояния системы, например, разрыв сосуда со сжатым газом. При расширении газа совершается работа разрыва оболочки сосуда, сообщения скорости осколкам и разрушения или повреждения окружающих предметов. Взрывы, вызванные подобными физическими процессами, носят название физических взрывов.
б) Быстрая химическая реакция с образованием газообразных или парообразных продуктов, сопровождающаяся выделением теплоты; примером может служить взрыв дымного пороха, при котором происходит быстрая химическая реакция между селитрой, углем и серой, сопровождающаяся выделением значительного количества теплоты. Образовавшиеся газообразные продукты, нагретые за счет теплоты реакции до высокой температуры, обладают высоким давлением и, расширяясь, производят механическую работу.
Взрывы, вызванные быстрой химической реакцией, носят название химических взрывов. Химическую реакцию, сопровождающуюся или способную сопровождаться взрывом, называют взрывчатым превращением.
Вещества, способные к взрывчатым превращениям, называют взрывчатыми веществами (сокращенно ВВ).
в) Быстро протекающие ядерные или термоядерные реакции (реакции деления или соединения атомных ядер), при которых освобождается громадное количество теплоты. Продукты реакции, оболочка атомной или водородной бомбы и некоторое количество окружающей бомбу среды мгновенно превращаются в нагретые до очень высокой температуры газы, обладающие соответственно высоким давлением. Явление сопровождается громадной механической работой.
Взрывы, протекающие в результате таких реакций, носят название атомных взрывов.