дефлаграция

Горение, приводящее к взрыву

Пиротехнические дефлаграции

Дефлаграция (лат. de + flagrare , «сгорать») — это дозвуковое горение , при котором предварительно смешанное пламя распространяется через взрывчатое вещество или смесь топлива и окислителя. ^{[1] [2]} Дефлаграция бризантных и маломощных взрывчатых веществ или смесей топлива и окислителя может перейти в детонацию в зависимости от локализации и других факторов. ^{[3] [4]} Большинство пожаров , встречающихся в повседневной жизни, являются диффузионным пламенем . Дефлаграции со скоростями пламени в диапазоне 1 м/с отличаются от детонаций , распространяющихся сверхзвуково, со скоростями детонации в диапазоне км/с. ^[5]

Приложения

Дефлаграция часто используется в инженерных приложениях, когда сила расширяющегося газа используется для перемещения объекта, например, снаряда вниз по стволу или поршня в двигателе внутреннего сгорания . Системы и продукты для дефлаграции также могут использоваться при горнодобывающей промышленности, сносе зданий и добыче камня с помощью газоструйной очистки в качестве выгодной альтернативы бризантным взрывчатым веществам.

Терминология взрывобезопасности

При изучении или обсуждении безопасности взрывчатых веществ или безопасности систем, содержащих взрывчатые вещества, необходимо понимать и использовать термины дефлаграция, детонация и переход от горения к детонации (обычно называемые ДДТ) для передачи соответствующей информации. Как объяснялось выше, дефлаграция — это дозвуковая реакция, тогда как детонация — это сверхзвуковая (превышающая скорость звука материала) реакция. Стороннему наблюдателю бывает трудно или невозможно отличить возгорание от детонации. Скорее, чтобы уверенно дифференцировать эти два явления, необходимы инструменты и диагностика для определения скорости реакции пораженного материала. Поэтому, когда происходит неожиданное событие или авария с взрывчатым материалом или взрывосодержащей системой, обычно невозможно узнать, сгорело или детонировало взрывчатое вещество, поскольку и то, и другое может проявляться как очень бурная, энергичная реакция. Поэтому специалисты по энергетическим материалам придумали термин «взрывоопасная бурная реакция» или «HEVR» для описания бурной реакции, которая из-за отсутствия диагностики для измерения скорости звука могла быть либо горением, либо детонацией. ^{[6] [7]}

Физика пламени

Основную физику пламени можно понять с помощью идеализированной модели, состоящей из однородной одномерной трубы несгоревшего и сгоревшего газообразного топлива, разделенной тонкой переходной областью ширины, в которой происходит горение. Область горения обычно называют пламенем или фронтом пламени . В равновесии теплодиффузия по фронту пламени уравновешивается теплом, выделяемым при горении. ^{[8] [9] [10] [11]} ${\displaystyle \delta \;}$

Здесь важны два характерных временных масштаба. Первый — это время термодиффузии , которое примерно равно ${\displaystyle \tau _{d}\;}$

${\displaystyle \tau _{d}\simeq \delta ^{2}/\kappa }$,

где коэффициент температуропроводности . Второй — это время горения , которое сильно уменьшается с температурой, обычно как ${\displaystyle \kappa \;}$ ${\displaystyle \tau _{b}}$

${\displaystyle \tau _{b}\propto \exp[\Delta U/(k_{B}T_{f})]}$,

где – барьер активации реакции горения, – температура, развивающаяся в результате горения; значение этой так называемой «температуры пламени» можно определить из законов термодинамики. ${\displaystyle \Delta U\;}$ ${\displaystyle T_{f}\;}$

Для стационарно движущегося фронта дефлаграции эти два временных масштаба должны быть равны: тепло, выделяемое при горении, равно теплу, уносимому при теплопередаче . Это позволяет рассчитать характерную ширину фронта пламени: ${\displaystyle \delta \;}$

${\displaystyle \tau _{b}=\tau _{d}\;}$,

таким образом

${\displaystyle \delta \simeq {\sqrt {\kappa \tau _{b}}}}$.

Теперь тепловой фронт пламени распространяется с характерной скоростью , которая просто равна ширине пламени, деленной на время горения: ${\displaystyle S_{l}\;}$

${\displaystyle S_{l}\simeq \delta /\tau _{b}\simeq {\sqrt {\kappa /\tau _{b}}}}$.

Эта упрощенная модель не учитывает изменение температуры и, следовательно, скорости горения поперек фронта горения. Эта модель также не учитывает возможное влияние турбулентности . В результате этот вывод дает только ламинарную скорость пламени — отсюда и обозначение . ${\displaystyle S_{l}\;}$

Разрушительные события

В результате крупномасштабного кратковременного пожара может быть нанесен ущерб зданиям, оборудованию и людям. Потенциальный ущерб в первую очередь зависит от общего количества топлива, сгоревшего в результате происшествия (общая доступная энергия), максимальной достигнутой скорости реакции и способа сдерживания расширения дымовых газов. Вентилируемые дефлаграции, как правило, менее жестоки и разрушительны, чем сдерживаемые дефлаграции. ^[12]

При горении на открытом воздухе наблюдается постоянное изменение эффектов горения относительно максимальной скорости пламени. Когда скорость пламени низкая, эффектом дефлаграции является выделение тепла, например, при внезапном возгорании . При скоростях пламени, близких к скорости звука , выделяемая энергия имеет форму давления, и возникающее в результате высокое давление может повредить оборудование и здания. ^[13]

Смотрите также

• Пожар
• Переход горения в детонацию
• Напорная свая

Рекомендации

1. О'Коннер, Брайан (27 марта 2023 г.). «Взрывы, дефлаграции и детонации». Национальная ассоциация пожарной безопасности . Архивировано из оригинала 28 марта 2023 года . Проверено 31 мая 2023 г.
2. Справочник по технике противопожарной защиты (5-е изд.). Общество инженеров пожарной безопасности. 2016. с. 373.
3. Макдонаф, Гордон (1 апреля 2017 г.). «Что такое взрывчатка». Музей науки Брэдбери, Национальная лаборатория Лос-Аламоса . Архивировано из оригинала 2 мая 2017 г. Проверено 31 мая 2023 г.
4. Росас, Камило; Дэвис, Скотт; Энгель, Дерек; Миддха, Пранкул; ван Вингерден, Кес; Маннан, MS (июль 2014 г.). «Переход горения в детонацию (ДДТ): прогнозирование ДДТ при взрывах углеводородов». Журнал предотвращения потерь в перерабатывающей промышленности . 30 : 263–274. дои :10.1016/j.jlp.2014.03.003 . Проверено 31 мая 2023 г.
5. Справочник по технике противопожарной защиты (5-е изд.). Общество инженеров пожарной безопасности. 2016. с. 390.
6. Сквайрс, Джесс (22 января 2023 г.). «Взрывоопасная насильственная реакция (HEVR) - директивы, рекомендации и делегации Министерства энергетики». www.directives.doe.gov . Архивировано из оригинала 29 сентября 2022 г. Проверено 8 июня 2023 г.
7. «В чем разница между взрывом и детонацией?». www.lanl.gov . Проверено 8 июня 2023 г.
8. Уильямс, ФА (2018). Теория горения. ЦРК Пресс.
9. Ландау, LD (1959). Е. М. Лифшиц, Механика жидкости. Курс теоретической физики, 6.
10. Линан, А., и Уильямс, Ф.А. (1993). Фундаментальные аспекты горения.
11. Зельдович И.А., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б. и Махвиладзе Г.М. (1985). Математическая теория горения и взрыва.
12. Тарвер, CM; Чидестер, СК (9 февраля 2004 г.). «О силе фугасных реакций». ОСТИ  15013892. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
13. Стандарт NFPA 68 по взрывозащите путем дефлаграционной вентиляции. Национальная ассоциация пожарной безопасности. 2018. с. 5.