انفجار

الاحتراق البطيء (من اللاتينية: de + flagrare ، بمعنى "الاحتراق") هو احتراق دون سرعة الصوت، حيث ينتشر لهب مُسبق الخلط عبر مادة متفجرة أو خليط من الوقود والمؤكسد . ^{[ 1 ] [ 2 ]} قد يتحول الاحتراق البطيء في المتفجرات عالية ومنخفضة الحرارة أو مخاليط الوقود والمؤكسد إلى انفجار اعتمادًا على الحصر وعوامل أخرى. ^{[ 3 ] [ 4 ]} معظم الحرائق التي نشهدها في حياتنا اليومية هي حرائق انتشار . يختلف الاحتراق البطيء الذي تبلغ سرعة اللهب فيه حوالي 1 متر/ثانية عن الانفجارات التي تنتشر بسرعة تفوق سرعة الصوت، حيث تبلغ سرعة الانفجار فيها حوالي كيلومتر/ثانية. ^{[ 5 ]} 

تُستخدم عمليات التفجير السريع بشكل شائع في التطبيقات الهندسية عندما تُستخدم قوة الغاز المتمدد لتحريك جسم ما، مثل قذيفة داخل ماسورة ، أو مكبس في محرك احتراق داخلي . كما يمكن استخدام أنظمة ومنتجات التفجير السريع في التعدين والهدم واستخراج الأحجار عبر التفجير بضغط الغاز كبديل مفيد للمتفجرات شديدة الانفجار.

عند دراسة أو مناقشة سلامة المتفجرات، أو سلامة الأنظمة التي تحتوي على متفجرات، يجب فهم مصطلحات الاحتراق البطيء، والانفجار ، وانتقال الاحتراق البطيء إلى الانفجار (المعروف اختصارًا بـ DDT) واستخدامها بشكل صحيح لنقل المعلومات ذات الصلة. كما ذُكر سابقًا، يُعدّ الاحتراق البطيء تفاعلًا دون سرعة الصوت، بينما يُعدّ الانفجار تفاعلًا فوق صوتي (أكبر من سرعة الصوت في المادة ). قد يكون التمييز بين الاحتراق البطيء والانفجار صعبًا، بل مستحيلًا، بالنسبة للمراقب العادي. بل يتطلب التمييز بينهما بثقة استخدام أجهزة قياس وتشخيص لتحديد سرعة التفاعل في المادة المتأثرة. لذلك، عند وقوع حدث غير متوقع أو حادث يتعلق بمادة متفجرة أو نظام يحتوي على متفجرات، يكون من المستحيل عادةً معرفة ما إذا كان المتفجر قد احترق ببطء أو انفجر، حيث يمكن أن يظهر كلاهما على شكل تفاعلات عنيفة وعالية الطاقة. لذلك، صاغ مجتمع المواد النشطة مصطلح "التفاعل العنيف شديد الانفجار" أو "HEVR" لوصف تفاعل عنيف، نظراً لافتقاره إلى أدوات تشخيص لقياس سرعة الصوت، فقد يكون إما احتراقاً سريعاً أو انفجاراً. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

يمكن فهم فيزياء اللهب الأساسية بمساعدة نموذج مثالي يتكون من أنبوب أحادي البعد منتظم من وقود غازي غير محترق ومحترق، مفصولين بمنطقة انتقالية رقيقة بعرض${\displaystyle \delta \;}$حيث يحدث الاحتراق. تُعرف منطقة الاحتراق عادةً باسم اللهب أو جبهة اللهب . في حالة التوازن، يتوازن الانتشار الحراري عبر جبهة اللهب مع الحرارة الناتجة عن الاحتراق. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

هناك مقياسان زمنيان مميزان مهمان هنا. الأول هو المقياس الزمني للانتشار الحراري${\displaystyle \tau _{d}\;}$وهو ما يعادل تقريبًا

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

أين${\displaystyle \kappa \;}$هي معامل الانتشار الحراري . والثاني هو المقياس الزمني للاحتراق${\displaystyle \tau _{b}}$يتناقص ذلك بشدة مع ارتفاع درجة الحرارة، عادةً عندما

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

أين${\displaystyle \Delta U\;}$يمثل حاجز التنشيط لتفاعل الاحتراق و${\displaystyle T_{f}\;}$هي درجة الحرارة المتولدة نتيجة الاحتراق؛ ويمكن تحديد قيمة ما يسمى بـ "درجة حرارة اللهب" من قوانين الديناميكا الحرارية.

بالنسبة لجبهة احتراق ثابتة متحركة ^{(غير واضحة)} ، يجب أن يتساوى هذان المقياسان الزمنيان: الحرارة المتولدة عن الاحتراق تساوي الحرارة المنقولة عن طريق انتقال الحرارة . وهذا ما يجعل من الممكن حساب العرض المميز${\displaystyle \delta \;}$من جبهة اللهب:

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

هكذا

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

الآن، تنتشر جبهة اللهب الحراري بسرعة مميزة${\displaystyle S_{l}\;}$وهو ببساطة يساوي عرض اللهب مقسومًا على مدة الاحتراق:

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

يتجاهل هذا النموذج المبسط تغير درجة الحرارة، وبالتالي معدل الاحتراق عبر جبهة الاحتراق. كما يتجاهل هذا النموذج التأثير المحتمل للاضطراب . ونتيجة لذلك، لا يُعطي هذا الاشتقاق سوى سرعة اللهب الصفائحي ، ومن هنا جاءت التسمية.${\displaystyle S_{l}\;}$.

قد ينتج عن انفجار واسع النطاق وقصير المدة أضرارٌ للمباني والمعدات والأفراد. وتعتمد الأضرار المحتملة بشكل أساسي على إجمالي كمية الوقود المحترق في الانفجار (إجمالي الطاقة المتاحة)، وأقصى سرعة تفاعل يتم الوصول إليها، وكيفية احتواء تمدد غازات الاحتراق. وعادةً ما تكون الانفجارات التي تُطلق فيها تهوية أقل عنفًا أو ضررًا من الانفجارات التي تُحتوى. ^{[ 12 ]}

في الاحتراقات السريعة في الهواء الطلق، يوجد تباين مستمر في تأثيرات الاحتراق السريع تبعًا لأقصى سرعة للهب. عندما تكون سرعات اللهب منخفضة، يكون تأثير الاحتراق السريع هو إطلاق الحرارة، كما هو الحال في الحرائق المفاجئة . أما عند سرعات اللهب القريبة من سرعة الصوت ، فإن الطاقة المنبعثة تكون على شكل ضغط، ويمكن أن يؤدي الضغط العالي الناتج إلى إتلاف المعدات والمباني. ^{[ 13 ]}

• حريق هائل
• الانتقال من الاحتراق البطيء إلى الانفجار
• التكديس بالضغط