 |
Характеристика процессов протекающих при взрыве
|
|
|
|
Ударная (взрывная) волна – порожденное взрывом движение окружающей среды, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры газов. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, первоначально невозмущенная среда испытывает резкое сжатие и приобретает большую скорость. Состояние движения передается от одного слоя среды к другому так, что область, охваченная взрывной волной, быстро расширяется. Скорость распространения взрывной волны превышает скорость звука. Разрушающее действие взрывной волны, связанное с созданием избыточного давления в среде, ослабевает пропорционально квадрату расстояния от места взрыва.
Основным параметром ударной волны является величина максимального избыточного давления, которое создается в окружающей среде. Особенности ударных волн:
Скорость распространения ударных волн всегда больше скорости звука в невозмущенной среде и зависит от интенсивности ударной волны;
Время действия ударной волны зависит от мощности взрыва;
Ударные волны сопровождаются перемещением среды в направлении распространения волн возмущения;
Во фронте ударной волны параметры состояния и движения среды изменяются скачком;
Сила воздействия ударной волны постепенно уменьшается с расстоянием от точки взрыва.
Экзотермичность реакции.
Это первое необходимое условие, без которого возникновение взрывчатого процесса было бы невозможно. Без этого не произошло бы самораспространение взрыва и саморазогрева газообразных продуктов реакции до температуры несколько тысяч градусов и их расширение. Чем выше теплота реакции, тем более разрушителен взрыв. Для современных взрывчатых веществ, наиболее широко применяющихся на практике, теплота реакции находится в пределах от 3 до 7 мДж/кг.
|
|
|
Большая скорость процесса.
Это наиболее характерный признак, отличающий взрыв от обычных химических реакций. Переход к продуктам реакции обычно происходит за стотысячные и даже за миллионные доли секунды. Поэтому в очень небольшом пространстве происходит колоссальная концентрация энергии, которая недостижима при любых других реакциях.
Особенно большие плотности энергии достигаются при взрыве конденсированных (твердых или жидких) веществ, которые и находят широкое применение в технике. Как было сказано выше, скорость распространения взрывного процесса по взрывчатому веществу (детонационная волна) может достигать величин 7-10 км/с.
Газообразование. Высокое давление и обусловленный им разрушительный эффект взрыва не мог бы быть достигнут, если бы реакция не сопровождалась выделением большого количества газообразных продуктов. Обычно из 1 л обычных взрывчатых веществ образуется около 1000 л газообразных продуктов, которые в момент взрыва находятся в небольшом пространстве, занимаемом до этого взрывчатым веществом. Максимальное давление при взрыве конденсированных ВВ может достигать сотен тысяч атмосфер.
При взрыве же газообразных ВВ увеличения объема не происходит, а иногда происходит даже его уменьшение (например, в смеси водорода и кислорода). Однако за счет экзотермичности и высокой скорости реакции давление при взрыве может достигать порядка 10 атм. Поэтому так опасны взрывы природного газа в шахтах и квартирах при его утечке.
Взрывчатые вещества представляют собой вещества или их композиции, которые содержат и окислитель (обычно кислород в виде различных функциональных групп – нитро, перхлораты), и восстановитель (органические соединения, алюминий, магний). Все они являются термодинамически неустойчивыми системами, способными под влиянием внешних воздействий (часто очень незначительных) к быстрому экзотермическому превращению.
|
|
|
Применяется разная классификация взрывчатых веществ: по характерной в условиях эксплуатации форме химического превращения, по чувствительности к внешним воздействиям, по химической природе или составу, по условиям применения.
Важной характеристикой ВВ является также их детонационная стойкость, мерой которой служит критический диаметр детонации, т.е. наименьший диаметр цилиндрического заряда, при котором детонация распространяется, несмотря на разброс вещества из зоны реакции. Детонационная способность тем больше, чем меньше критический диаметр.
К индивидуальным ВВ можно в принципе отнести любые химические соединения, у которых при внешних воздействиях может произойти взрыв. Обычно процесс происходит в виде внутримолекулярного окисления. В настоящее время известно довольно большое количество ВВ, из которых на практике применяют 2-3 десятка. По своему составу они делятся на индивидуальные и смеси на их основе.
Практическое использование взрывов
В мирной области взрыв широко используется для вскрытия месторождений, проходки подготовительных выработок и откола полезных ископаемых в шахтах, рудниках и карьерах. Применение взрыва в горных работах резко снижает трудоемкость и значительно ускоряет работы. Существует масса других примеров применения взрыва в мирных целях:
Взрыв широко используется там, где требуется перемещение большого количества грунта - прокладка каналов, дорог, образование искусственных водоемов, перекрытие рек;
В нефтяной промышленности взрыв применяют для прострела обсадных труб, торпедирования скважин, при ликвидации аварий в скважинах и тушения нефтяных и газовых факелов;
Взрыв также используется для поисков полезных месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых методом сейсморазведки;
Разрушение каменных зданий и сооружений, предназначенных у сносу, в городах наиболее эффективно и безопасно проводить взрывным способом;
В промышленности широко применяется взрывной способ клепки, штамповки, резки и сварки;
|
|
|
Взрывчатые вещества применяются даже в сельском хозяйстве для выкорчевывания пней, разрыхления почвы, рытья канав для орошения полей и осушке болот.
В целом роль взрыва в горном деле и других отраслях народного хозяйства так велика, что трудно представить себе, как без него был бы достигнут современный уровень материальной культуры.
ГЛАВА 5
ТОПЛИВО
Топливо – горючее вещество, выделяющее при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в другие виды энергии (например, в механическую на транспорте, в электрическую на тепловых электростанциях и др.).
В народном хозяйстве применяются многочисленные виды топлива. Топливо подразделяют на естественное (природное), непосредственно выделяемые из недр земли, и искусственное, получаемые переработкой природного топлива.
Ниже приведена классификация естественного и искусственного твердого, жидкого и газообразного топлива.
Т а б л и ц а
Классификация топлива
| Твердое | Жидкое | Газообразное | |||
| Естест- венное | Искус- ственное | Естест- венное | Искус- ственное | Естест- венное | Искус- ственное |
| Дрова Торф Бурый уголь Каменный уголь Полуантра цит Антрацит Сланцы Битуминоз ные пески | Древесный уголь Торфяной полукокс Буроуголь- ный полукокс Каменно угольный полукокс Брикеты торфяные и угольные Промыш- ленные и коммунальные отходы | Нефть Газовый конден- сат | Бензин Керосин Дизельное топливо Мазут Смола Сланце- вое масло Метанол Этанол | Природный газ Попутный нефтяной газ Шахтный газ | Нефтезавод- ской Сжижен- ный Полукоксо- вый Коксовый Водяной Смешанный Генератор- ный Воздушный Доменный Ваграночный Водород Газы процесс- сов брожения |
Не все из перечисленных видов имеют широкое применение. Состав и свойства наиболее важных видов естественного и искусственного топлива будет рассмотрен ниже.
|
|
|
