 |
Расчетные зависимости энергии взрыва.
|
|
|
|
Лазерный взрыв.
Наряду с детонирующим воздействием лазерное излучение является мощным средством инициирования взрыва. Это объясняется высокой концентрацией энергии в лазерном луче. Поэтому в фокусе луча происходят взрывы воздуха, сопровождаемые свечением области взрыва.
Некоторые представления о параметрах взрыва можно получить в результате энергетической оценки импульса реального неодимового лазера с энергией излучения 600 Дж за 2 мкс.
Оценка энергии инициированного лазером взрыва атмосферного воздуха.
1. Реакция взрыва.
компоненты продукты
воздуха реакции
N2 + О2 → Н2О + С + О2
1) Не зная точно количества С и О2, примем С → 0
О2 → 0
2) Это означает, что азот воздуха разлагается на Н и О и реакция образования воды идет нацело: 2Н + О = Н2О (из 1 кг воздуха получается 1 кг воды /пара/).
2. Теплота реакции известна QН = 121 МДж/кг (водорода).
3. Объем взрыва Vвзр. ~2 л.
Масса воздуха Gвз = ρвз × Vвз = 1,2 × 0,002 = 0,0024 кг.
4. Количество водорода, получающегося из этого воздуха (по соотношению атомных весов в Н2О → водорода 1/9):
G н = (1 / 9)Gвз = 
= 0,000267 кг водорода
5. Теплота реакции, отнесенная к объему взрыва:
Qвзр= Qн×Gн = 121×0,000267 = 0,0322 МДж (32,2 кДж)
(получено в 32200/600 = 54 раз больше, чем затрачено неодимовым лазером /600 Дж/).
6. Теплота реакции, отнесенная к 1 кг воздуха:
МДж/кг воздуха
7. Теплота реакции, отнесенная к 1 кг топлива (на 1 кг органического топлива требуется ~15 кг воздуха):
Qт = 15Qвозд. = 15 × 13,5 = 200 МДж/кг топлива (~в 5 раз больше, чем Q бензина).
8. Мощность взрыва (при скорости детонации ~6 км/с и радиусе облака ~10 см):
- время взрыва τвз = 
= 0,0000166 с = 16,6 мкс;
- мощность взрыва Nвз = Qвзр./τвз = 0,032200∙106/ 16,6 = 1940 МВт – = 1,94ГВт
(Мощность импульса лазерa (τл = 2 мкс) Nл = 
∙106=
= 300 МВт = 0,3 ГВт).
|
|
|
9. Температура в облаке взрыва (из условия 90% тепла – на нагрев, остальное –на ионизацию)
Евз = Т0 + 
К (средняя)
10. Давление.
Среднее давление Рвз = Qвз / Vвз = 32200 Дж/0,002 м3 = = 16100000 Дж/м3 (Па) =16,1 МПа(161 атм.). Давление в эпицентре Рэ 
350...400 атм.
11. Удельная мощность инициирующего воздействия лазера.
Толщина луча в фокусе dΛ 1 мм;
объем зоны инициации VΛ = dΛ3 = 1 мм3 =10-9м3.
Удельная мощность qΛ = 
(Удельная теплоемкость при взрыве, например, бензина в воздухе составляет ориентировочно 50 ГВт/м3, что на 8 порядков уступает удельной мощности лазерного луча в его фокусе).
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:
Qвз = Мо2 ∙qя ∙ 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:
Qвз = 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.
|
|
|
|
|
|
