Дефлаграција

Лог у камину.

Представник дефлагрантних експлозива - Црни барут

Дефлаграција, или брзо сагоревање, (лат. de + flagrare - сагорети) је технички термин који описује подзвучно сагоревање које се обично шири кроз топлотну проводљивост (топло паљење материјала загрева следећи слој хладног материјала и запали га), то јест да будемо прецизнији та топлота се шири кроз експлозив или мешавину горива и оксидатора. Дефлаграције у високом и ниском експлозиву могу или не морају прећи у детонацију у зависности од затворености и других фактора. Дефлаграције у мешавинама горива и оксидатора такође могу да пређу у детонације у зависности од затворености и других фактора. Већина пожара који се налазе у свакодневном животу су дифузиони пламенови. Дефлаграције са брзинама пламена у опсегу од 1 м/сек разликују се од детонација које се надзвучно шире кроз ударне таласе са брзинама детонације у распону од километара у секунди.

Дефлагрантни експлозиви имају релативно малу брзину разлагања, јер се енергија активирања предаје од слоја до слоја превођењем топлоте. Црни барут је главни представник дефлагрантних експлозива. Састоји се од добро хомогенизоване мешавине калијум нитрата 75%, реторног дрвеног угља (ћумура) 15% и сумпора 10%. Калијум нитрат је потребан да обезбеди кисеоник за сагоревање дрвеног угља и сумпора. Сумпор обезбеђује лакше паљење и равномерније сагоревање барута.

Процес добијања дефлагрантних експлозива- црни барут

За израду барута компоненте се појеиначно или по две заједно уситне у млиновима са куглама, а затим добро измешају у бубњевима са кожном облогом. Мешавина се овлажи са око 15% воде, а затим ваљањем згусне, а онда хидрауличним пресама испресује у погаче. Добијене погаче издробе се у зрна која се суше (до испод 0,5% влаге) и евентуално полирају графитом, преметањем у бубњевима. Просејавањем кроз сита врши се обеспрашивање и класирање зрна по крупноћи. Зрна обичног рударског црног барута пролазе кроз сито 3мм, а остају на ситу отвора 0,2мм.

Примена

У инжињерским применама, дефлаграције су лакше контролисане од детонација . Из тог разлога, оне су погодније када је циљ да се помери објекат (метак у пушци, или клип у мотору са унутрашњим сагоревањем) силом ширење гаса. Типични примери дефлаграција су сагоревање смеше гаса и ваздуха у шпорету на плин, или смеше горива и ваздуха у моторима аутомобила.

Системи и производи за дефлаграцију се такође могу користити у рударству, рушењу и вађењу камена пескарењем под притиском гаса као корисна алтернатива високим експлозивима.

Ватрено оружје

Дефлаграција се користи у малокалибарском оружју. Барут који се у њима користи експлодира дефлаграцијом, али не детонацијом. Експлозиви пројектили (као што је барут) који се користе за покретање метака, а пројектили експлодирају дефлаграцијом. Детонациона експлозија би уништила цев оружја.

Терминологија експлозивне безбедности

Када се проучава или расправља о безбедности од експлозива, или безбедности система који садрже експлозив, термини дефлаграција, детонација и прелаз од дефлаграције до детонације (који се обично називају ДДТ) морају се разумети и користити на одговарајући начин да би се пренеле релевантне информације. Као што је горе објашњено, дефлаграција је подзвучна реакција, док је детонација надзвучна (већа од брзине звука материјала) реакција. Разликовање између дефлаграције или детонације може бити тешко или немогуће обичном посматрачу. Уместо тога, поуздано разликовање између ова два захтева инструментацију и дијагностику да би се утврдила брзина реакције у захваћеном материјалу. Стога, када се неочекивани догађај или несрећа догоди са експлозивним материјалом или системом који садржи експлозив, обично је немогуће знати да ли је експлозив дефлагрирао или детонирао, јер обоје могу изгледати као веома бурне, енергичне реакције. Због тога је заједница енергетских материјала сковала термин „насилна реакција високе експлозије“ или „ХЕВР“ да опише насилну реакцију која је, будући да није имала дијагностику за мерење брзине звука, могла бити или дефлаграција или детонација.

Физика пламена

Основна физика пламена може се разумети уз помоћ идеализованог модела који се састоји од униформне једнодимензионалне цеви несагорелог и сагорелог гасовитог горива, одвојене танким прелазним регионом ширине $\delta \;$ у којој долази до горења. Подручје горења се обично назива пламеном или фронтом пламена. У равнотежи, топлотна дифузија преко фронта пламена је уравнотежена топлотом добијеном сагоревањем. .

Овде су важне две карактеристичне временске скале. Први је временски оквир термичке дифузије $\tau _{d}\;$, што је приближно једнако

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

где $\kappa \;$ је топлотна дифузивност. Други је временски оквир сагоревања $\tau _{b}$ који снажно опада са температуром, обично као

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

где $\Delta U\;$ је активациона баријера за реакцију сагоревања и $T_{f}\;$ да ли је температура настала као резултат сагоревања; вредност ове такозване „температуре пламена” може се одредити из закона термодинамике.

За стационарни покретни фронт дефлаграције, ове две временске скале морају бити једнаке: топлота створена сагоревањем једнака је топлоти однешеној преносом топлоте. Ово омогућава израчунавање карактеристичне ширине $\delta \;$ фронта пламена:

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

тако

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

Сада се термички фронт пламена шири карактеристичном брзином $S_{l}\;$, што је једноставно једнако ширини пламена подељеној са временом сагоревања:

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

Овај поједностављени модел занемарује промену температуре, а тиме и брзину сагоревања на фронту дефлаграције. Овај модел такође занемарује могући утицај турбуленције. Као резултат, ово извођење даје само ламинарну брзину пламена — отуда и ознака $S_{l}\;$.

Тачка дефлаграције

Тачка дефлаграције је емпиријски параметар везан за безбедност за карактеризацију експлозива. Одговара температури на којој се мали експлозивни узорак запали, дефлагрира или експлодира када се загреје споља у испитном стаклу. Поређење карактеристике за различите супстанце се обезбеђује дефинисаном методом испитивања. У ту сврху, узорак супстанце која се испитује тежине 0,5 г (са потенцијалним почетним експлозивом од 0,01 г) загрева у испитном стаклу, која се урања 2 цм дубоко у грејно тело, почевши од 100 °Ц (212 °Ф; 373 К) са брзином загревања од 20 К мин⁻¹. Овај испитни поступак је такође утврђен у прописима о железничком саобраћају.

Примери:

• Диазодинитропхенол 180—200 °Ц (356—392 °Ф; 453—473 К)
• Хексаметилен трипероксид диамин: 200 °Ц (392 °Ф; 473 К)
• Бакар(II) азид: 203—205 °Ц (397—401 °Ф; 476—478 К)
• Тетрил: 230 °Ц (446 °Ф; 503 К)
• Олово стифнат: 275 °Ц (527 °Ф; 548 К)
• Олово(II) азид: 340 °Ц (644 °Ф; 613 К)

Карактеристике

Да би дошло до дефлаграције потребно је:

• Мешавина запаљивог производа са ваздухом, на његовој тачки паљења.
• Енергетски улаз из Десам извора паљења.
• Спонтана реакција његових испарљивих честица на калоријски стимулус који делује као катализатор или примарни покретач Десам реакције.

Типични примери дефлаграције су:

• Запаљена шибица.
• Сагоревање мешавине гаса и ваздуха у гасном шпорету или пећи.
• Смеша горива и ваздуха у мотору са унутрашњим сагоревањем.
• Брзо сагоревање барутног пуњења у ватреном оружју.
• Пиротехничке смеше у ватромету или у безбедним направама за фрагментацију стена или патронама.
• Снажан судар камења или метала који може изазвати варнице, посебно ако се у близини налазе запаљиви материјали.

У чему је разлика дефлаграције и детонације

Дефлаграција је изобарична експлозија (при константном притиску) са пламеном при малој брзини ширења. Као на пример експлозије бутана.

Реакције изазване дефлаграцијом су идентичне онима при сагоревању, али се развијају брзином између 1 м/с и брзине звука; ова врста експлозије назива се дефлаграција.

У дефлаграцији фронт пламена напредује због феномена топлотне дифузије. Напротив, код детонације, сагоревање је повезано са ударним таласом који напредује брзином већом од брзине звука.

Детонација је процес надзвучног сагоревања који укључује ударни талас и реакциону зону иза њега. За разлику од дефлаграције, подзвучно сагоревање.

Употреба

Дефлагрантни експлозиви се користе за израду спорогорећих штапина. Рударски црни барут стандардно се пакује у полиетиленске кесе масе 2,5 кг, које се затим стављају у картонске кутије. За паљење црног барута употребљава се спорогорећи штапин са детонатором, или без њега, или детонирајући штапин.

Штетни догађаји

Оштећење зграда, опреме и људи може настати услед краткотрајне дефлаграције великих размера. Потенцијална штета је првенствено функција укупне количине сагорелог горива у случају (укупне расположиве енергије), максималне брзине реакције која се постиже и начина на који се задржава ширење гасова сагоревања. Вентилиране дефлаграције обично су мање насилне или штетне од дефлаграција које садрже вентилацију.

Код дефлаграција слободним ваздухом, постоји континуирана варијација у ефектима дефлаграције у односу на максималну брзину пламена. Када су брзине пламена мале, ефекат дефлаграције је ослобађање топлоте, као што је бљесак пожара. При брзинама пламена близу брзине звука, ослобођена енергија је у облику притиска и резултујући високи притисак може оштетити опрему и зграде.

Види још

• Експлозија
• Повећање притиска
• Прелазак дефлаграције у детонацију
• Пожар
• Сагоревање
• Нитроглицерински експлозиви
• Амонијум-нитратни експлозив

Литература

• Фицкетт анд Давис (1979). Детонатион. Унив. Цалифорниа Пресс. 
• Паул А. Типлер, Гене Мосца, Јеннy Wагнер (Хрсг.): Пхyсик фüр Wиссенсцхафтлер унд Ингениеуре. 7. Ауфлаге. Спрингер Спектрум Фацхверлаг, Берлин/ Хеиделберг 2015, ISBN 978-3-642-54165-0.
• Степхан Лöхмер: Рисикоминимиерунг дурцх Бранд- унд Еxплосионссцхутз. ЕТХ Верлаг, Зüрицх 1995, ISBN 3-7281-2194-0.
• Роy Бергдолл, Себастиан Бреитенбацх (2019), Дие Ротен Хефте, Хефт 1 – Вербреннен унд Лöсцхен (на језику: немачки) (18 изд.), Стуттгарт: Кохлхаммер, ИСБН 978-3-17-026968-2 
• Првослав Трифуновић, Раде Токалић, Ненад Ђукановић (2009): " Материјали у рударству ", Рударско-геолошки факултет, Београд

Спољашње везе

• Друм Дефлагратион Риск Редуцтион: Цуррент Ресеарцх анд Тестинг
• Грундлаген зум Еxплосионссцхутз фüр Еинстеигер (абгеруфен ам 13. Фебруар 2020)
• Дефлагратион-то-Детонатион Транситион анд Детонатион Пропагатион ин Х2-Аир Миxтурес wитх Трансверсе Цонцентратион Градиентс (абгеруфен ам 13. Фебруар 2020)
• Фламе Аццелератион анд Дефлагратион-то-Детонатион Транситион ин Нуцлеар Сафетy (абгеруфен ам 13. Фебруар 2020)
• Аусбреитунг вон Дефлагратионен ин гесцхлоссенен ланген Рохрлеитунген (абгеруфен ам 13. Фебруар 2020)
• Аусwиркунгсбетрацхтунген беи стöрунгсбедингтен Стофф- унд Енергиефреисетзунген ин дер Прозессиндустрие (абгеруфен ам 13. Фебруар 2020)