تفجير

الموسوعة الحرة
تفجير مادة تي إن تي وموجة الصدمة

التفجير (من اللاتينية detonare  "الرعد لأسفل/للأمام") [1] هو نوع من الاحتراق يتضمن جبهة طاردة للحرارة تفوق سرعة الصوت تتسارع عبر وسط يدفع في النهاية جبهة صدمة تنتشر مباشرة أمامها. تنتشر التفجيرات بسرعة تفوق سرعة الصوت عبر موجات الصدمة بسرعات حوالي 1 كم/ثانية وتختلف عن الاشتعال الذي تكون سرعات اللهب دون سرعة الصوت حوالي 1 متر/ثانية. [2] قد يتشكل التفجير من انفجار خليط الوقود المؤكسد. بالمقارنة مع الاشتعال، لا يحتاج التفجير إلى وجود مؤكسد خارجي. تختلط المؤكسدات والوقود عند حدوث الاشتعال. التفجير أكثر تدميراً من الاشتعال. في التفجير، تنتقل جبهة اللهب عبر الهواء والوقود بشكل أسرع من الصوت؛ بينما في الاشتعال، تنتقل جبهة اللهب عبر الهواء والوقود بشكل أبطأ من الصوت.

تحدث الانفجارات في كل من المتفجرات الصلبة والسائلة التقليدية، [3] وكذلك في الغازات التفاعلية. تعد مادة تي إن تي والديناميت والسي 4 أمثلة على المتفجرات عالية القوة التي تنفجر. تكون سرعة التفجير في المتفجرات الصلبة والسائلة أعلى بكثير من تلك الموجودة في المتفجرات الغازية، مما يسمح بمراقبة نظام الموجة بتفاصيل أكبر ( دقة أعلى ).

قد تحدث مجموعة كبيرة جدًا من أنواع الوقود على شكل غازات (مثل الهيدروجين )، أو ضباب قطرات، أو معلقات غبار. بالإضافة إلى ثنائي الأكسجين، يمكن أن تشمل المؤكسدات مركبات الهالوجين، والأوزون، وبيروكسيد الهيدروجين، وأكاسيد النيتروجين . غالبًا ما ترتبط الانفجارات الغازية بمزيج من الوقود والمؤكسد في تركيبة أقل إلى حد ما من نسب الاشتعال التقليدية. تحدث غالبًا في أنظمة محصورة، لكنها تحدث أحيانًا في سحب بخار كبيرة. يمكن تفجير مواد أخرى، مثل الأسيتيلين ، والأوزون ، وبيروكسيد الهيدروجين ، في غياب المؤكسد (أو المختزل). في هذه الحالات، تنتج الطاقة المنبعثة عن إعادة ترتيب المكونات الجزيئية للمادة. [4] [5]

تم اكتشاف التفجير في عام 1881 من قبل أربعة علماء فرنسيين هم مارسيلين بيرثيلو وبول ماري يوجين فييل [6] وإرنست فرانسوا مالارد وهنري لويس لو شاتيلييه . [7] تم إجراء التنبؤات الرياضية للانتشار أولاً بواسطة ديفيد تشابمان في عام 1899 [8] وإميل جوجيت في أعوام 1905 و [9] و 1906 و 1917. [10] تم إحراز التقدم التالي في فهم التفجير بواسطة جون فون نيومان [11] وفيرنر دورينج [12] في أوائل الأربعينيات وياكوف ب. زيلدوفيتش وألكسندر سولومونوفيتش كومبانيتس في الستينيات. [13]

النظريات

إن أبسط نظرية للتنبؤ بسلوك الانفجارات في الغازات تُعرف باسم شرط تشابمان-جوجيت (CJ)، الذي تم تطويره في مطلع القرن العشرين. هذه النظرية، التي توصف بمجموعة بسيطة نسبيًا من المعادلات الجبرية، تنمذج الانفجار كموجة صدمة منتشرة مصحوبة بإطلاق حرارة طاردة للحرارة. تصف مثل هذه النظرية العمليات الكيميائية والانتشارية على أنها تحدث بشكل مفاجئ مع مرور الصدمة.

تم طرح نظرية أكثر تعقيدًا خلال الحرب العالمية الثانية بشكل مستقل من قبل زيلدوفيتش وفون نيومان ودورينج . [13] [11] [12] هذه النظرية، المعروفة الآن باسم نظرية ZND ، تعترف بالتفاعلات الكيميائية ذات المعدل المحدود وبالتالي تصف الانفجار بأنه موجة صدمة رقيقة للغاية، تليها منطقة من التفاعل الكيميائي الطارد للحرارة. مع إطار مرجعي لصدمة ثابتة، يكون التدفق التالي دون سرعة الصوت، بحيث تتبع منطقة التفاعل الصوتي مباشرة خلف مقدمة الرصاص، وهي حالة تشابمان-جوجيت . [14] [9]

هناك أيضًا بعض الأدلة على أن منطقة التفاعل شبه معدنية في بعض المتفجرات. [15]

تصف كلتا النظريتين جبهات موجية أحادية البعد وثابتة. ومع ذلك، في ستينيات القرن العشرين، كشفت التجارب أن الانفجارات في الطور الغازي كانت تتميز غالبًا بهياكل غير مستقرة ثلاثية الأبعاد، والتي لا يمكن التنبؤ بها، بالمعنى المتوسط، إلا من خلال نظريات ثابتة أحادية البعد. في الواقع، يتم إخماد مثل هذه الموجات مع تدمير بنيتها. [16] [17] يمكن لنظرية تفجير وود-كيركوود تصحيح بعض هذه القيود. [18]

وقد كشفت الدراسات التجريبية عن بعض الظروف اللازمة لانتشار مثل هذه الجبهات. ففي حالة الاحتجاز، يكون نطاق تركيب مخاليط الوقود والمؤكسدات والمواد ذاتية التحلل مع المواد الخاملة أقل قليلاً من حدود قابلية الاشتعال، وبالنسبة للجبهات المتوسعة كرويًا، يكون أقل بكثير منها. [19] وقد تم إثبات تأثير زيادة تركيز المخفف على توسع خلايا التفجير الفردية بشكل أنيق. [20] وبالمثل، ينمو حجمها مع انخفاض الضغط الأولي. [21] ونظرًا لأن عرض الخلايا يجب أن يتطابق مع الحد الأدنى لبعد الاحتواء، فإن أي موجة يتم تشغيلها بشكل زائد بواسطة البادئ سيتم إخمادها.

لقد تقدم النمذجة الرياضية بشكل مطرد للتنبؤ بحقول التدفق المعقدة وراء الصدمات التي تسبب التفاعلات. [22] [23] حتى الآن، لم يصف أحد بشكل كافٍ كيف يتشكل الهيكل ويستمر خلف الموجات غير المقيدة.

التطبيقات

إبطال مفعول القنابل بشكل محكم في العراق عام 2006؛ يؤدي تفجير القنبلة إلى ارتفاع النار والدخان إلى الأعلى.

عند استخدامها في الأجهزة المتفجرة، فإن السبب الرئيسي للضرر الناتج عن التفجير هو جبهة الانفجار الأسرع من الصوت ( موجة صدمة قوية ) في المنطقة المحيطة. وهذا يمثل تمييزًا مهمًا عن التفجيرات حيث تكون الموجة الطاردة للحرارة دون سرعة الصوت وتكون الضغوط القصوى لجزيئات الغبار غير المعدنية حوالي 7-10 أضعاف الضغط الجوي. [24] لذلك، فإن التفجير هو ميزة للأغراض التدميرية بينما يفضل التفجير لتسريع مقذوفات الأسلحة النارية . ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام موجات التفجير لأغراض أقل تدميراً، بما في ذلك ترسب الطلاءات على السطح [25] أو تنظيف المعدات (مثل إزالة الخبث [26] ) وحتى اللحام المتفجر للمعادن معًا والتي قد تفشل في الاندماج بخلاف ذلك. تستخدم محركات التفجير النبضي موجة التفجير للدفع الجوي. [27] تمت أول رحلة لطائرة تعمل بمحرك تفجير نبضي في ميناء موهافي الجوي والفضائي في 31 يناير 2008. [28]

في المحركات والأسلحة النارية

يعد الانفجار غير المقصود عند الرغبة في الاشتعال مشكلة في بعض الأجهزة. في دورة أوتو أو محركات البنزين، يُطلق عليه طرق المحرك أو رنينه، ويتسبب في فقدان الطاقة. يمكن أن يتسبب أيضًا في ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط وصدمة ميكانيكية قاسية يمكن أن تؤدي في النهاية إلى فشل المحرك. [29] في الأسلحة النارية، قد يتسبب في فشل كارثي وربما مميت [ بحاجة لمصدر ] .

محركات التفجير النبضي هي شكل من أشكال محركات الطائرات النفاثة النبضية التي تم تجربتها في عدة مناسبات لأنها توفر إمكانية تحقيق كفاءة جيدة في استهلاك الوقود [ بحاجة لمصدر ] .

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Oxford Living Dictionaries . "detonate". British & World English . Oxford University Press. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2019 . تم الاسترجاع في 21 فبراير 2019 .
  2. ^ Handbook of Fire Protection Engineering (الطبعة الخامسة). جمعية مهندسي الحماية من الحرائق. 2016. ص 390.
  3. ^ Fickett, Wildon; Davis, William C. (1979). Detonation . University of California Press. ISBN 978-0-486-41456-0.
  4. ^ ستول، دانييل ريتشارد (1977). أساسيات النار والانفجار. سلسلة الدراسات الأحادية. المجلد 10. المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائيين . ص 73. رقم ISBN 978-0-816903-91-7.
  5. ^ أوربين، بيتر؛ بريثيريك، ليزلي (2006). دليل بريثيريك للمخاطر الكيميائية التفاعلية (الطبعة السابعة). لندن: باتروورثس. رقم ISBN 978-0-123725-63-9.
  6. ^ بيرثيلوت ، مارسيلين. وفييل، بول ماري يوجين؛ « Sur la vitesse de Propagation des phénomènes Explosifs dans les gaz » ["حول سرعة انتشار العمليات المتفجرة في الغازات"]، Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences، المجلد. 93، ص 18-22، 1881
  7. ^ مالارد ، إرنست فرانسوا. ولو شاتيليه، هنري لويس؛ « Sur les vitesses de Propagation de l'inflammation dans les mélanges gazeux Explosifs » ["حول سرعة انتشار الاحتراق في الخلائط الغازية المتفجرة"]، Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences، المجلد. 93، الصفحات من 145 إلى 148، 1881
  8. ^ تشابمان، ديفيد ليونارد (1899). "السادس. حول معدل الانفجار في الغازات"، مجلة لندن وإدنبرة ودبلن الفلسفية ومجلة العلوم ، 47 (284)، 90-104.
  9. ^ أب جوجيت، جاك تشارلز إميل (1905). "Sur la Propagation des réactions chimiques dans les gaz" ["حول انتشار التفاعلات الكيميائية في الغازات"] (PDF) . مجلة الرياضيات النقية والتطبيقات . 6. 1 : 347– 425. مؤرشفة من الأصلي (PDF) بتاريخ 2013-10-19 . تم الاسترجاع 2013/10/19 .تابع في جوجيت جاك تشارلز إميل (1906). "Sur la Propagation des réactions chimiques dans les gaz" ["حول انتشار التفاعلات الكيميائية في الغازات"] (PDF) . مجلة الرياضيات النقية والتطبيقات . 6. 2 : 5– 85. مؤرشفة من الأصلي (PDF) بتاريخ 2015-10-16.
  10. ^ جوجيت ، جاك تشارلز إميل (1917). العمل العلمي لبيير دوهيم ، دوين.
  11. ^ ab von Neumann, John (1942). Progress report on "Theory of Detonation Waves" (Report). تقرير OSRD رقم 549. رقم الصعود ADB967734. مؤرشف من الأصل في 2011-07-17 . تم الاسترجاع في 2017-12-22 .
  12. ^ أب دورينج ، فيرنر (1943). """التفجيرات في غازن""" ["حول عملية التفجير في الغازات"]. Annalen der Physik . 43 ( 6– 7): 421– 436. بيب كود :1943AnP...435..421D. دوى :10.1002/andp.19434350605.
  13. ^ أب زيلدوفيتش ، ياكوف ب. كومبانيتس، ألكسندر سولومونوفيتش (1960). نظرية التفجير . نيويورك: الصحافة الأكاديمية. آسين  B000WB4XGE. أو سي إل سي  974679.
  14. ^ تشابمان، ديفيد ليونارد (يناير 1899). "حول معدل الانفجار في الغازات". المجلة الفلسفية . السلسلة 5. 47 (284). لندن: 90-104 . doi :10.1080/14786449908621243. ISSN  1941-5982. LCCN  sn86025845.
  15. ^ ريد، إيفان جيه؛ رياض مانا، م؛ فريد، لورانس إي؛ جلايسمان، كورت ر؛ جوانوبولوس، جيه دي (2007). "طبقة شبه معدنية عابرة في تفجير النيتروميثان". فيزياء الطبيعة . 4 (1): 72– 76. رمز Bibcode :2008NatPh...4...72R. doi :10.1038/nphys806.
  16. ^ إدواردز، دي إتش؛ توماس، جي أو ونتليتون، إم إيه (1979). "حيود موجة تفجير مستوية عند تغير مفاجئ في المنطقة". مجلة ميكانيكا الموائع . 95 (1): 79– 96. رمز Bibcode :1979JFM....95...79E. doi :10.1017/S002211207900135X. S2CID  123018814.
  17. ^ إدواردز، دي إتش؛ توماس، جي أو؛ نيتلتون، إم إيه (1981). إيه كيه أوبنهايم؛ إن مانسون؛ آر آي سولوخين؛ جيه آر بوين (المحررون). "حيود انفجار مستوي في مخاليط وقود وأكسجين مختلفة عند تغير المنطقة". التقدم في الملاحة الفضائية والطيران . 75 : 341– 357. doi :10.2514/5.9781600865497.0341.0357. ISBN 978-0-915928-46-0.
  18. ^ جلايسمان، كورت ر.؛ فريد، لورانس إي. (2007). "حركية كيميائية محسنة لتفجير الخشب-كيركوود". حسابات الكيمياء النظرية . 120 ( 1-3 ): 37-43 . doi :10.1007/s00214-007-0303-9. S2CID  95326309.
  19. ^ نيتلتون، ما (1980). "حدود الانفجار والاشتعال للغازات في المواقف المحصورة وغير المحصورة". علم وتكنولوجيا الوقاية من الحرائق (23): 29. ISSN  0305-7844.
  20. ^ Munday, G.; Ubbelohde, AR & Wood, IF (1968). "Fluctuating Detonation in Gases". Proceedings of the Royal Society A. 306 ( 1485): 171– 178. Bibcode :1968RSPSA.306..171M. doi :10.1098/rspa.1968.0143. S2CID  93720416.
  21. ^ Barthel, HO (1974). "Predicted Spacings in Hydrogen-Oxygen-Argon Detonations". Physics of Fluids . 17 (8): 1547– 1553. Bibcode :1974PhFl...17.1547B. doi :10.1063/1.1694932.
  22. ^ Oran؛ Boris (1987). المحاكاة العددية للتدفقات التفاعلية . Elsevier Publishers.
  23. ^ Sharpe, GJ; Quirk, JJ (2008). "Nonlinear cellular dynamics of the idealized detonation model: Regular cells" (PDF) . نظرية الاحتراق والنمذجة . 12 (1): 1– 21. Bibcode :2008CTM....12....1S. doi :10.1080/13647830701335749. S2CID  73601951. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-07-05.
  24. ^ Handbook of Fire Protection Engineering (5 ed.). Society of Fire Protection Engineers. 2016. Table 70.1 بيانات الانفجار للمساحيق والأتربة التمثيلية، الصفحة 2770.
  25. ^ نيكولاييف، يو. أ.؛ فاسيليف، أ. أ. وأوليانيتسكي، ب. يو. (2003). "الانفجار الغازي وتطبيقاته في الهندسة والتكنولوجيا (مراجعة)". الاحتراق والانفجار وموجات الصدمة . 39 (4): 382- 410. doi :10.1023/A:1024726619703. S2CID  93125699.
  26. ^ Huque, Z.; Ali, MR & Kommalapati, R. (2009). "تطبيق تقنية التفجير النبضي لإزالة خبث الغلايات". تكنولوجيا معالجة الوقود . 90 (4): 558– 569. doi :10.1016/j.fuproc.2009.01.004.
  27. ^ Kailasanath, K. (2000). "مراجعة تطبيقات الدفع لموجات التفجير". مجلة AIAA . 39 (9): 1698– 1708. Bibcode :2000AIAAJ..38.1698K. doi :10.2514/2.1156.
  28. ^ نوريس، ج. (2008). "قوة النبض: عرض طيران بمحرك تفجير نبضي يمثل علامة فارقة في موهافي". أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء . 168 (7): 60.
  29. ^ سيمون، أندريه. "لا تضيع وقتك في الاستماع إلى الطرق..." أكاديمية الأداء العالي .
ابحث عن تفجير في ويكاموس، القاموس الحر.
يوجد في ويكيميديا ​​كومنز وسائط متعددة متعلقة بـ تفجيرات .
  • فيديو يوتيوب يوضح فيزياء موجة الانفجار
  • قاعدة بيانات التفجيرات في مختبر ديناميكيات الانفجارات التابع لـ GALCIT مؤرشفة في 11 مارس 2014 على موقع Wayback Machine
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=تفجير&oldid=1265410441"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate