Тема 5. Типы взрывов, классификация взрывов

Цель: изучить классификацию взрывов по плотности вещества и типам химических реакций, раскрыть особенности распространения ударных волн в различных средах, изучить параметры взрыва. Сформировать навыки расчета давления и температуры взрыва при взрыве газовоздушных смесей в закрытом объеме.

Учебные вопросы:

1. Классификация взрывов по плотности вещества и типам химических реакций.

2. Энергия и мощность взрыва. Форма ударной волны. Длительность импульса.

3. Расчет давления при взрыве и температуры взрыва

Методические рекомендации по изучению темы

В рамках данной темы предусмотрено проведение лекций и практических занятий.

С целью глубокой проработки материала, рассматриваемого в указанной теме обучающимся рекомендуется:

1. Изучить тему с использованием материала лекций и учебной литературы.

2. Заучить определения основных понятий.

3. Разобраться в классификации взрывов по типам химических реакций и по плотности вещества.

4. Проанализировать условия, благоприятствующие переходу горения во взрыв.

5. Разобраться в методиках решения основных типов задач по данной теме (расчет температуры и давления взрыва, расчет удельного тротилового эквивалента и параметров взрыва в проходящей и отраженной взрывной волне).

 

Взрыв – это процесс чрезвычайно быстрого физического или химического превращения вещества, сопровождающийся столь же быстрым превращением потенциальной энергии вещества в механическую работу. Самая существенная черта взрыва – внезапное и резкое повышение давления в среде, окружающей место взрыва. Обычный внешний признак взрыва – значительный звуковой эффект.

Примеры взрывов, вызванных физическими причинами, – это взрыв паровых котлов (перегрев пара или мгновенное испарение воды при подаче ее в перегретый котел; взрыв газовых баллонов при их нагреве). Эти взрывы, как правило, вызваны превышением допустимого давления расчетной прочности стенок баллона или котла.

Далее будем рассматривать взрывы при химическом превращении веществ. Пример – взрыв черного (дымного) пороха при выстреле из охотничьего ружья. При этом происходит быстрая химическая реакция, в результате которой образуются газообразные и твердые продукты сгорания и выделяется теплота. Образовавшиеся газы, обладающие высокой температурой и давлением, совершают механическую работу по разгону пули до необходимой скорости.

Взрывчатыми веществами называются такие вещества, при химическом превращении которых происходят взрывы.

Взрыв может быть вызван следующими причинами:

– нагревание;

– укол;

– удар;

– трение;

– детонация (передача энергии взрыва другого взрывчатого вещества).

Явление взрыва всегда характеризуется следующими факторами:

– очень большая скорость химического превращения;

– выделение газов;

– выделение теплоты.

Только при наличии всех этих факторов будет происходить процесс взрывчатого превращения. Каждое из этих условий является необходимым, но недостаточным для того, чтобы та или иная химическая реакция могла быть отнесена к категории взрыва. Например, при горении термитной смеси выделяется теплота (нагрев продуктов реакции до 3000 ⁰С, реакция протекает очень быстро, но не выделяются газообразные продукты). Поэтому такая реакция не является взрывчатым превращением.

Наиболее характерным для взрыва является большая скорость химических превращений. Процесс взрыва длится в промежуток времени ~ (12÷15) с. Например, боевой заряд в орудии среднего калибра сгорает за время ~ 0,008 с, шашка тола массой 400 г – за время ~10-5 с. Только за счет такого быстрого превращения у взрывчатых веществ получается огромная по сравнению с другими источниками энергии мощность, хотя общие запасы энергии у них не больше, а в некоторых случаях даже меньше, чем у обычных горючих веществ. При взрыве взрывчатого вещества образуется большое количество газов, обладающих высокой температурой и давлением. Количество выделяющихся при взрыве газов определяется по объему, который они занимали бы при нормальных условиях, то есть при температуре Т = 0 ⁰С и давлении р = 760 мм ртутного столба. Например, при взрыве 1 кг пироксилинового пороха в таких условиях выделяется 0,845 м³ газов.

В зависимости от скорости взрывчатого превращения различают следующие его формы:

– быстрое сгорание;

– обыкновенный взрыв;

– детонация.

При быстром сгорании процесс взрывчатого превращения протекает в массе взрывчатого вещества со скоростью порядка нескольких метров в секунду, а на сам процесс большое влияние оказывают внешние условия. Если горение происходит на открытом воздухе, оно не сопровождается звуковым эффектом или механической работой разрушения или перемещения. Если горение происходит в замкнутом или полузамкнутом объеме, то процесс идет более энергично и сопровождается резким звуком. Для быстрого горения характерно относительно быстрое, но плавное нарастание давления газов (артиллерийский выстрел, газогенератор для вытеснения нефтяных пластов, пороховой газогенератор автомобильной подушки безопасности и т.д.).

При обыкновенном взрыве процесс превращения в массе взрывчатого вещества протекает со скоростями в несколько сотен метров в секунду. Обыкновенный взрыв характеризуется резким повышением давления в месте взрыва, ударом газов о преграду и разрушением (раскалыванием или дроблением) преграды, находящейся на небольшом расстоянии от места взрыва.

При детонации процесс превращения в массе взрывчатого вещества протекает с максимально возможной в данных условиях скоростью (обычно 5 ÷ 7 километров в секунду). Детонация характеризуется особенно резким скачком давления, сильным ударом газов о преграду и большим ее разрушением. Примеры детонации – все виды взрывов взрывчатых веществ, вызванных детонатором (разрыв снаряда, мины, гранаты, подрывной шашки и т.д.).

 

 

Изучив тему, обучающийся должен:

знать:

- условия образования и особенности распространения ударной волны;

- классификацию взрывов по плотности вещества и типам химических реакций;

- параметры взрыва.

Уметь:

- рассчитывать максимальное давление взрыва;

- рассчитывать температуру взрыва;

- рассчитывать тротиловый эквивалент взрыва;

- рассчитывать безопасное расстояние по действию ударной волны.

Владеть:

- навыками разработки подходов к снижению взрывоопасности горючих веществ и материалов.

Вопросы для самоконтроля

1. Классификация взрывов по типам химических реакций.

2. Классификация взрывов по плотности вещества.

3. Понятие взрывчатого вещества, условная классификация взрывчатых веществ.

4. Особенности горения взрывчатых веществ.

5. Изобразите график распределения давления в детонационной волне.

6. При каком соотношении теплоотвода и тепловыделения может произойти взрыв?

7. Понятие детонации, особенности детонационной волны по сравнению с дефлаграционным режимом горения.

8. Взрыв аэровзвесей твердых и жидких веществ.

9.  Энергия и мощность взрыва. Тротиловый эквивалент.

10.  Максимальное давление при взрыве, его практическое значение.

Опорные термины по теме «Типы взрывов, классификация взрывов»:

взрыв, ударная волна, источник инициирования взрыва, взрывчатое вещество, детонация.