Понятие взрыва. Физический, химический, тепловой взрывы

Цель: актуализировать знания о взрывах.

Задачи:

· образовательные: дать понятие взрыва

· развивающие: развивать умения выделять главное, сравнивать, делать выводы; развивать культуру безопасного поведения обучающихся во время экстремальной ситуации; развивать навыки по определению потенциально опасных при взрывах;

· воспитательные: развитие у учащихся чувства ответственности за свою жизнь и жизнь других людей в случае возникновения ЧС; воспитание у учащихся психологической готовности к ЧС.

 

 Взрыв – чрезвычайно быстрое физическое или химическое превращение вещества или смеси веществ из одного состояние в другое с переходом потенциальной энергии газообразных продуктов в кинетическую; процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

 Взрыв проявляется как скачкообразное повышение давления в окружающей среде в форме ударной волны и сопровождается звуковым эффектом, возникающим в результате ослабления ударной волны и ее перехода в звуковую. Различают физический, химический и тепловой взрывы.

Физический взрыв – взрыв, вызываемый изменением физического состояния вещества, в результате которого вещество превращается в газ с высоким давлением и температурой.

Физический взрыв представляет собой процесс быстрого испарения сжиженного газа в результате его истечения через трещины изотермического сосуда (оболочки) с большой скоростью и образованием реактивной силы.

Температура окружающей среды (Т₀ = 0–20 °С (273–293°К)) всегда выше, чем температура кипения многих углеводородов (Т_кипCH₄ = 161°К), поэтому сразу после разгерметизации сосуда часть сжиженного (сжатого) газа мгновенно вскипает и в атмосфере образуется огромный объем газа (1 м³ сжиженного газа образует от 200 до 1000 м ³ газа).

При физическом взрыве образуется воздушная ударная волна, которая может вызвать разрушение близлежащих конструкций и привести к травмированию людей.

 Давление, возникающее при реакции газов с воздухом после разгерметизации сосуда (∆Рг.р), через весьма малое время описывается следующей зависимостью:

 

∆Рг.р = 2 /1 ∆Р₁ = 2(К – 1) · Q_mρ_cтx – P₀,           (10.1)

 где ∆Р₁ – давление газа при взрыве, МПа;

К – степень турбулентности потока;

Qm – объем газа, м³;

 ρ_cтx – стехиметрическая плотность смеси газа с воздухом, кг/м³;

P₀ – барометрическое давление, МПа.

Химический взрыв представляет собой крайне быстрое самораспространяющееся химическое превращение взрывчатых веществ или их смесей, сопровождающееся выделением большого количества тепла и газов. Способность к самораспространяющейся реакции с выделением газов имеют такие вещества или смеси, молекулы которых отличаются относительно малой термической устойчивостью вследствие низкого уровня энергии, необходимой для активации, и распадаются с выделением тепла. Химический взрыв может совершаться в форме быстрого горения (например, взрыв черного пороха) или в форме детонации. При горении передача тепла впередилежащим слоям происходит за счет теплопроводности в твердых веществах или за счет диффузии в газах, тогда как при детонации теплопередача осуществляется ударной волной, вызывающей мгновенное сжатие и сильный разогрев тонкого слоя взрывчатого вещества и пузырьков воздуха, находящихся в нем. В результате этого создаются условия для очень быстрого протекания химических реакций в этом веществе.

Скорость передачи энергии ударной волной во много раз больше скорости передачи за счет теплопроводности или диффузии.

При химическом взрыве горение передается по массе горючей смеси путем теплопроводности, диффузии и излучения со скоростью, равной от 0,01 до сотен см/с, и зависит от внешнего давления (возрастает с повышением давления).

При скорости распространения пламени, не превышающей скорости звука в данной среде (а₀ = 320–340 м/с) происходит дефлаграционное горение.

В определенных условиях вследствие турбулентности потока горючей смеси происходит сильное искривление и большое увеличение поверхности фронта пламени. При этом возникает ВУВ, во фронте которой резко повышаются давление, температура и плотность газовоздушной смеси. При достижении критических значений этих величин процесс горения ГВС переходит в детонацию.

Самоускоряющиеся химические реакции имеют место в инициирующих ВВ при воздействии на них пламенем или раскаленным телом. Типичным представителем является гремучая ртуть Hg(CNO)₂ (теплота взрыва составляет 1,8 Дж/кг).

Тепловой взрыв – взрыв взрывчатых веществ, вызванный быстрым нагреванием внешним источником тепла или интенсивным поджиганием, приводящим к изменению состояния сжатых газов в замкнутом пространстве.

Свойства большинства веществ, находящихся в газообразном состоянии, при обычных условиях подчиняются уравнению Клайперона–Менделеева (уравнение состояния идеального газа):

 

PV= RT (m/μ),                                (10.2)

 где Р – давление газа, кг/м³;

V – удельный объем газа, м ³;

R – универсальная газовая постоянная, кг⋅м/Кмоль⋅К;

Т – температура газа, К;

m – масса газа, кг;

μ – молекулярный вес, кг/моль.

Заменяя V = m /ρg в уравнении (10.2), получим

 

P/ ρ = gRT/μ,                              (10.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с².

Уравнение (10.3) является основным при оценке последствий теплового взрыва.

Анализ уравнения (10.3) показывает, что с повышением температуры давление в сосуде со сжиженным газом существенно возрастает и может достичь величин, превышающих предел прочности конструкционных материалов резервуаров, цистерн и других сосудов.

Температура внутри цистерны (Тв.ц), при которой давление превысит предел прочности, определяется по формуле

P Tв.ц = ρμ/ gρρ,       (10.4)

где ρ – плотность жидких углеводородных газов, кг/м³.

При тепловом взрыве резервуар (цистерна) разрушается по сварным швам, т. к. его предел прочности на 30–40 % ниже, чем у конструкционной стали. Взрыв вызывает ВУВ, для определения параметров которой массу сжатого углеводородного газа приводят к адекватному заряду ВВ (тротилу) по зависимости

С_ТНТ = 0,074Мсж.г, (10.5)

где 0,074 – тротиловый эквивалент сжатого газа, находящегося в сосуде;

Мсж.г – масса газа в сосуде, кг, определяемая по формуле:

Мсж.г = ρV, (10.6)

 где V – объем сосуда, м³.

 

 

Тест

по теме «Взрыв»

 

1.Какой прибор служит для измерения избыточного давления газа:

1) барометр – анероид

2) газовый счетчик

3) манометр

4) ареометр

 

2. Кто из отечественных ученых разработал теорию цепных реакций:

1) Иванов 2) Семенов 3) Левин 4) Левин

3. Каково содержание кислорода в воздухе:

1) 79% об. 2) 21% об. 3) 100% об. 4) 45% об.

 

4. Как называется температура горения при условии адиабатического процесса сжигания газа:

1) теоретическая 2) калориметрическая 3) адиабатическая

 

5. Кто автор зависимости, по которой определяют концентрационные пределы воспламенения:

1) Семенов 2) Ле Шателье 3) Аррениус 4) Зельдович

 

6. Какова зависимость между константой скорости реакции горения и абсолютной температурой:

1) прямо пропорциональная   3) экспоненциальная

2) обратно пропорциональная 4) этой зависимости нет

 

7. Кем разработана тепловая теория самовоспламенения газовых смесей:

1) Ломоносовым 2) Семеновым 3) Зельдовичем 4) Аррениусом

 

8. Как называется горение, если оно протекает при недостатке окислителя:

1) полное 2) смешанное 3) неполное 4) кинетическое

 

9. Чему равна удельная теплота сгорания условного топлива:

1) 35 000 кДж/кг 2) 29 300 кДж/кг 3) 100 000 кДж/кг 4) 20 000 кДж/кг

 

10. Каково соотношение между килокалорией и килоджоулем:

1) 1 ккал = 1 кДж 3) 1 ккал = 4,19 кДж

2) 1 ккал = 10 кДж 4) 1 ккал = 0,24 кДж

 

11. Концентрационные пределы воспламенения с повышением температуры смеси:

1) расширяются 2) не изменяются 3) сужаются

 

12. Сложный, быстро протекающий химический процесс окисления, сопровождающийся выделением значительным количеством тепла и свечением, называется:

1) химической реакций 2) горением 3) взрывов

 

13. Количество горючей смеси, сгорающей на единице поверхности фронта пламени в единицу времени, это:

1) средняя скорость нарастания давления при взрыве

2) массовая скорость горения

3) нормальное скорость распространения пламени

 

14. Все вещества по агрегатному состоянию, определяющему оценку пожар взрывоопасности, подразделяются на следующие группы:

1) газы, жидкости, твердые вещества, пыли

2) газы, жидкости, твердые вещества

3) газообразные и твердые вещества

 

15. Кислород, азотная кислота, пероксиды, нитро соединения чаще всего выступают в реакции горения в качестве:

1) окислителя 2) горючего вещества 3) источника воспламенения

 

Домашнее задание:

- §10, стр.115 - 126, опираясь на полученные знания, составить краткий конспект (приложение 1),

- кроссворд по теме “Взрыв” (5 слов по горизонтали и по вертикали),

- тестовое задание.

 

Приложение 1

Учебная карта