10.5.2. Воздушный взрыв.

Как видно из приведенных выше примеров воздушные взрывы могут произойти внезапно при наличии плазмы и электронов в достаточном количестве. Если состояние раздробленности воздуха не полное и азот не участвует в реакциях, то наличие одного электрона связи на каждые два атома молекулы кислорода не вызывает ни горения, ни взрыва: нужен еще донор одного электрона на молекулу кислорода, чтобы осуществить горение, а при условии разгона фронта горения –взрыв. При этом происходит частичный распад атома кислорода и энергия взрыва вычисляется как произведение массы кислорода в объеме плазмы на величину удельной энергии связи элементарных частиц в атоме и на долю утраченной массы атомов кислорода:

Q_вз = Мо₂ ∙q_я ∙ Аm = Мо₂ ∙ 3,2885351∙10¹⁴ Дж/кг × × 4,27∙10^-8 = 14∙10⁶ Мо₂ Дж.

В случае участия в реакции азота оба атома его молекулы обеспечены собственными электронами по одному на каждый атом. Тогда приближенно можно считать, что на каждую единицу массы кислорода добавляется примерно 4 единицы реагирующего вещества, то есть мощность взрыва увеличивается – в пять раз:

Q_вз = 5 ∙ 14 ∙ 10⁶ Мо₂ = 70∙10⁶ Мо₂ Дж.

Величину Мо₂ вычисляют для конкретных условий содержания кислорода в воздухе.

В связи с неизученностью данного направления – атомные взрывы кислорода и азота атмосферного воздуха – всякие расчеты будут приближенными. Поэтому мощность взрыва следует уточнять или определять экспериментально.

10.5.3. Взрыв объемно – детонирующей смеси.

Выполним пример приближенного расчета обычного взрыва ОДС с образованием облака при аварийном испарении пропана (объем V_б = 100 л, масса G_А = 80 кг). Другие исходные данные: диаметр облака ОДС D_о = 20 м, форма облака – полусфера; расчетный состав воздуха: азота g_N2 = 79%, кислорода g_O2 = 21%; параметры воздуха – нормальные давление Р_а = 1∙10⁵ Па, температура Т_а = 293 К (20° С).

Пример расчета

1 . Объем полусферы облака ОДС

2. Плотность воздуха

кг/м³

3. Масса воздуха в полусфере.

G_в = ρ/V₀ = 1,2 × 2000 = 2400 кг.

4. Масса прореагировавшего кислорода при полном сгорании пропана при стехиометрическом соотношении

V_в 15 кг воздуха на 1 кг топлива:

G_в.р. = V_в × С_а = 15 × 80 = 1200 кг.

5. Количество прореагировавшего кислорода

G₀₂._р = G_в.р. × g₀₂._р = = 1200×0,21 = 252 кг.

6. Энергия взрыва

Q_вз = 14∙10⁶ × G₀₂._р = 14∙10⁶ × 252 = 3500∙10⁶ Дж.

7. Давление взрыва (среднее) как удельная энергия:

Р_вз=Q_вз/V_о= =1,75∙10⁶ Дж/м³(Па) =1,75 МПа = = 17,5 атм.

8. Дополним пример расчета пунктом для взрыва ОДС с учетом реакции азота:

Р_вз._N2=5×Р_вз=5×17,5 =87,5 атм

При наличии избыточного количества электронов происходит не частичный как в данном случае, а более полный распад вещества как, например, в случае атомной и водородной бомбы. Эти случаи расчету, даже приближенному, пока не поддаются. В случае абсолютно полного распада вещества, причем любого, удельная (на единицу массы) энергия связи элементарных частиц в нем, выделившаяся при взрыве составляет q_я = 3,2885351∙10¹⁴ .

10.6. Методы защиты от несанкционированного взрыва.