امروز: پنجشنبه 22 آذر 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

دانلود تحقیق مبانی تئوری انفجار

دانلود تحقیق مبانی تئوری انفجار دسته: محیط زیست
بازدید: 1 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 71 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 54

كلمه انفجار از نظر فنی به معنی انبساط ماده به حجمی بزرگتر از حجم اولیه است آزاد شدن ناگهان انرژی كه لازمه این انبساط است غالباً از طریق احتراق سریع، دتونیشن كه در فارسی همان انفجار معنی می‌شود

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

در طول حداقل 200 سال گذشته، كاربرد واژه انفجار متداول بوده است. در زمانهای قبل از آن این واژه به تجزیه[1] ناگهانی مواد و مخلوطهای انفجاری با صدای قابل توجهی نظیر «رعد» اطلاق شده است. این مطلب از دیرباز شناخته شده است كه انفجار تجزیه سریع مقدار معینی ماده است كه به محض رخداد یك ضربه یا گرمایش اصطكاكی اتفاق می‌افتد. بنابراین تجزیه این مواد در شرایط مناسب می‌تواند بصورت ساكت و آرام رخ دهد.

كلمه انفجار از نظر فنی به معنی انبساط ماده به حجمی بزرگتر از حجم اولیه است. آزاد شدن ناگهان انرژی كه لازمه این انبساط است. غالباً از طریق احتراق سریع، دتونیشن[3] (كه در فارسی همان انفجار معنی می‌شود)، تخلیه الكتریكی با فرایندهای كاملاً مكانیكی صورت می‌گیرد. خاصیت متمایز كننده انفجار، همانا انبساط سریع ماده است. به نحویكه انتقال انرژی به محیط تقریباً بطور كامل توسط حركت ماده (جرم) انجام می‌شود. در جدول زیر مقایسه‌ای بین چند فرآیند آزادسازی انرژی انجام شده است:


چگالی انرژی

(Watt/cc)

سرعت سوخت، شدن مواد

(g/sec)

فشار

(atm)

ماده

10

1

1

شعله استیلن

106

103

2000

باروت تفنگ

1010

106

400000

دتونیشن یك ماده منفجره قوی

جدول (بالا) مقایسه‌ای بین سه فرایند آزاد سازی انرژی

برای شعله تقریباً هیچ انتقال جرمی به اطراف رخ نمی دهد در حالیكه نیروی پیشرانش یك اسلحه قادر به راندن گلوله است و یك ماده منفجره قوی[4] هر چیز در تماس با خود را تغییر شكل داده و یا ویران می‌كند. قدرت منهدم كننده این مواد را «ضربه انفجار»[5] نامیده می‌شود كه مستقیماً با حداكثر فشار تولید شده مرتبط است. توجه كنید كه در جدول (بالا)، هیچگونه توصیفی از محل رخداد (تونیشن ماده منفجره قوی ارائه نشده است. این بدان معناست كه فرایند دتونیشن از محدودیتهای فیزیكی مستقل است.

با توجه به مطالب بالا واضح است كه دتونیشن تنها یكی از انواع حالات پدیده انفجار است بعبارت دیگر واژه دتونیشن تنها باید به فرآیندی اطلاق شود كه در طی آن یك «موج شوك»[6] انتشار یابد.

متاسفانه بعلت قفرلفات مناسب فنی در زبان فارسی، دتونیشن به معنی عام انفجار ترجمه می‌شود و بنابراین در ادامه این مبحث برای پرهیز از اشتباه و رسا بودن مطلب همان واژه دتونیشن را به كار برده خواهد شد.

سرآغاز تحقیقات اخیر بر روی دتونیشن به سالهای 45-1940 م. كه «زلدویچ» و «ون نیومان» هر یك به طور جداگانه مدل یك بعدی ساختار امواج دتونیشن را فرمولبندی كردند باز می‌گردد، گرچه یك مدل واقعی سه بعدی تا اواخر سال 1950 م به تاخیر افتاد.

2- پدیده دتونیشن:

دتونیشن یك واكنش شیمیائی «خود منتشر شونده»[7] است كه در طی آن مواد منفجره اعم از مواد جامد، مایع، مخلوطهای گازی، در مدت زمان بسیار كوتاه در حد میكروثانیه. به محصولات گازی شكل داغ و پرفشار با دانسیته بالا و توانا برای انجام كار تبدیل می‌شود. فرض بگیرید قطعه‌ای از مواد منفجره، منفجر گردد. به نظر می‌رسد كه همه آن در یك لحظه و بدون هیچ تاخیر زمانی نابود می‌گردد. البته در واقع دتونیشن از یك نقطه آغازین شروع شده و از میان ماده بطرف انتهای آن حركت می‌كند. این عمل بخاطر آن آنی بنظر می‌رسد كه سرعت رخداد آن بسیار بالاست.

از نظر تئوری دتونیشن ایده‌ال واكنشی است كه در مدت زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت) انجام شود. در اینحالت انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود اصولاً زمان واكنش بسیار كوتاه یكی از ویژگیهای مواد منفجره است. هر چه این زمان كمتر باشد، انفجار قویتر خواهد بود. از نظر فیزیكی امكان ندارد كه زمان انفجار صفر باشد. زیرا كلیه واكنشهای شیمیائی برای كامل شدن به زمان نیاز دارند.

پدیده دتونیشن با تقریبی عالی مستقل از شرایط خارجی است و با سرعتی كه در شرایط پایدار[8] برای هر تركیب، فشار و دمای ماده انفجاری اولیه ثابت است منتشر می‌شود. ثابت بودن سرعت انفجار، یكی از خصوصیات فیزیكی مهم برای هر ماده منفجره می‌باشد در اثر دتونیشن، فشار، دما و چگالی افزایش می‌یابند. این تغییرات در اثر تراكم محصولات انفجار حاصل می‌گردند.

پدیده‌ای كه مستقل از زمان در یك چارچوب مرجع حركت می‌كند. «موج» نامیده می‌شود و ناحیه واكنش دتونیشن، «موج دتونیشن»[9] یا موج انفجار نامیده می‌شود. در حالت پایدار این موج انفجار بصورت یك ناپیوستگی شدید فشاری كه با سرعت بسیار زیاد و ثابت VD از میان مواد عبور می‌كند توصیف می‌شود واكنش شیمیائی در همسایگی نزدیك جبهه دتونیشن[10] است كه باعث تشكیل موج انفجار می‌شود. این موج با سرعتی بین 1 و تا 9، بسته به طبیعت فیزیكی وشیمیائی ماده منفجره حركت می‌كند. این سرعت را می‌توان با استفاده از قوانین ترموهیدرودینامیك تعیین نمود. عواملی كه در سرعت انفجار نقش دارند عبارتند از: انرژی آزاد شده در فرآیند، نرخ آزاد شدن انرژی، چگالی ماده منفجره و ابعاد خرج انفجاری.

یك مدل ساده برای این پدیده مطابق شكل زیر از یك «جبهه شوك»[11] و بلافاصله بدنبال آن یك ناحیه انجام واكنش كه در آن فشارهای بسیار بالا تولید می‌شود، تشكیل شده است. ضخامت ناحیه واكنش در انفجار ایده‌آل صفر است و هر چه انفجار بحالت ایده‌ال نزدیكتر باشد. ضخامت این ناحیه كمتر است. نقطه پایان این ناحیه، محل شروع ناحیه فشار دتونیشن[12] است.

مدل یك بعدی دتونیشن

فشار دتونیشن با رابطه زیر به سرعت دتونیشن و دانسیته مواد منفجره وابسته است:

(1)                    

كه P مصرف فشار دتونیشن و P مصرف چگالی محصولات و P0 چگالی ماده منفجره است. بر اساس این فرض كه چگالی محصولات دتونیشن بزرگتر از چگالی مواد منفجره اولیه است، یك رابطه كاربردی بصورت زیر استخراج می‌گردد.

(2)                                                                                       

از آنجا كه زمان رخداد واكنش شیمیائی در یك فرآیند دتونیشن بسیار كوتاه است. انتشار و انبساط گازهای داغ حاصل در ناحیه واكنش بسیار اندك و غیر متحمل است و لذا این گازها هم حجم مواد منفجره اولیه باقی می‌مانند. این مطلب دلیل اصلی این نكته است كه چرا فشار پشت جبهه انفجار بسیار بالاست. این فشار برای مواد منفجره نظامی در حدود Gpa 19 تا Gpa35 و برای مواد منفجره جاری كمتر است. همانطور كه قبلاً ذكر گردید، موج دتونیشن مستقل از شرایط خارجی است. علیرغم این استقلال، جریان محصولات گازی كه در پشت جبهه موج حركت می‌كنند به زمان و شرایط مرزی وابسته است برای مثال یك بلوك مستطیل بزرگ از یك ماده منفجره را در نظر بگیرید كه بر روی كل یكی از سطوح آن، به طور همزمان دتونیشن آغاز می‌شود. این سطح در خلا قرار دارد و هیچ مانعی برای انبساط گازها وجود ندارد. موج صفحه‌ای دتونیشن با سرعت ثابت بدرون ماده پیشروی می‌كند و گازهای حاصل از انفجار كه بلافاصله در پشت این جبهه موج قرار دارند با سرعتی كمتر از سرعت موج كه سرعت جرم نام دارد در همان جهت حركت می‌كنند. اما در سطح عقبی، گازها مشغول فرار در جهت مخالف هستند (در اثر خلا). همچنین فشار گاز در پشت جبهه موج بسیار بالاست، ولی در خلا پشت سر، صفر است لذا فشار بصورت منحن وار بین ایندو موقعیت تغییر می‌كند. نموداری از تغییرات فشار و سرعت جرم برای یك ماده منفجره جامد در شكل زیر نشان داده شده است.

همانطور كه ملاحظه می‌شود ناحیه همسایه منطقه واكنش بسیار كم تحت تاثیر تغییر شرایط مرزی قرار می‌گیرد.

آغاز همزمان دتونیشن از روی كل یك سطح مشكل است. در عمل آسانتر است كه آغاز انفجار از یك نقطه باشد. در اینحالت موج دتونشین از یك نقطه درون ماده منفجره گسترش یافته و گرادیان فشار در اینحالت از آنچه در شكل صفحه قبل نشان داده شده، تیزتر خواهد بود.

وقتی از مواد منفجره برای راندن و بحركت در آوردن سایر مواد و سازمان‌ها استفاده می‌شود محاسبه دقیق پروفیل فشار و سرعت جرم، ورودیهای لازم برای محاسبات حركت سازه رانده شده می‌باشد. شكل این پروفیلها به معادله حالت محصولات انفجار وابسته‌اند، معادلاتی كه تلاشهای بسیاری برای بدست آوردن آنها انجام شده و در دست انجام است.

3- موج شوك:[13]

یك موج شوك، جبهه شوك یا مختصراً یك شوك، موجی است كه در ماده یك جهش[14] فشاری (یا تنشی) ناگهانی و تقریباً ناپیوسته ایجاد می‌كند، این موج بسیار سریعتر از امواج صوتی منتشر می‌شود، بدین معنی كه این موج نسبت به محیط پیرامون خود فرا صوتی است و این خاصیت خود را بدون تغییر حفظ می‌كند.

موج شوك از جمله خواص اغلب مواد است و از خاصیتی از ماده كه بر اساس آن سرعت انتقال صوت در ماده بصورت  می‌باشد منتج می‌شود. اندیس s معرف حالت آنتروپی پایاست. این موج از نظر ترمودینامیكی برگشت ناپذیر است. و لذا آنتروپی سیستم در جبهه شوك در اثر لزجت و هدایت حرارتی افزایش می‌یابد. امواج شوك كه امواج فشاری نیز نامیده می‌شوند، عامل شتابگیری ذرات ماده، در جهت انتشار خود هستند.


بر اساس مطالب بالا اكنون به تشریح دقیقتر موج شوك در پدیده دتونیشن و نیز در قطعه كار (ورق فلزی) می‌پردازیم.

1-3- موج شوك در فرآیند دتونشین:

موج شوك عبارتست از یك ناپایداری شدید فشاری (هیدرودینامیكی) كه با سرعت ثابت و بسیار بالا، از میان مواد منفجره عبور می‌كند. واكنش شیمیائی در پشت و در همسایگی بسیار نزدیك آن رخ داده و موج شوك را پشتیبانی می‌كند. موج شوك و ناحیه واكنش مجموعاً «جبهه انفجار» را تشكیل می‌دهند. ضخامت موج شوك در حدود mm001/0 و ضخامت ناحیه واكنش در حدود mm1 تا cm1 است. شكل زیر ساختمان یك جبهه انفجار را نشان می‌دهد.

3-2- موج شوك در سطح قطعه كار:

یك بلوك بزرگ از ماده منفجره را در نظر بگیرید كه دارای دو سطح موازی هم است، در نظر بگیرید. یكی از این سطوح در تماس با یك ورق بزرگ و تخت فلزی است و از روی سطح موازی آن، بطور همزمان یك دتونشین صفحه‌ای آغاز می‌شود. بدین ترتیب یك جبهه انفجار تخت درون بلوك پیشروی خواهد كرد. هنگامیكه هنوز این جبهه به سطح ورق فلزی نرسیده است، فشار در این سطح برابر فشار اولیه باقی خواهد ماند. اما درست در لحظه‌ای كه موج دتونیشن به این سطح می‌رسد یك پرش ناپیوسته فشار، به فشار دتونشین كه بالغ بر چند صد هزار اتمسفر می‌شود، بر روی سطح رخ می‌دهد. این فشار عظیم باعث می‌شود كه فلز وادار به حركت می‌شود. این حركت در ابتدا از سطح تماس ورق و مواد منفجره آغاز شده و سپس در كل ضخامت ورق پیشروی می‌كند كه مطابق شكل صفحه بعد مرز بین فلز متحرك با فلزی كه هنوز شروع به حركت ننموده است. موج شوك نام دارد. توجه كنید همانطور كه در دتونشین، موج شوك مرز مشترك ناحیه آرام و مغشوش است. در سطح فلز نیز مرز بین سكون و حركت فلز است. هر دو موج یك ناپیوستگی شدید در محیط مربوط به خود بوجود می‌آورند. ولی یك تفاوت عمده بین موج شوك منتشر شده در فلز با موج شوك دتونیشن وجود دارد و آن این است كه برخلاف موج شوك دتونیشن، سرعت و فشار خود را از دست می‌دهد. علت این امر به تفضیل در بخش

در پشت شوك، فلز در حال حركت است و به دانسیته‌ای بزرگتر از مقدار اولیه خود متراكم می‌شود. حتی موادی كه معمولاً تراكم ناپذیر در نظر گرفته می‌شوند، بطور محسوسی در برابر این موج متراكم می‌شوند. تراكم فلز آنرا گرمتر خواهد ساخت. بنابراین موج شوك مرز بین فلز داغ و سرد نیز خواهد بود.

4-3- معادلات و روابط حاكم در دتونیشن یك بعدی

در اثر واكنش شیمیایی با سرعت خیلی زیاد (چند كیلومتر بر ثانیه) كه با درجه حرارت و فشار بالا انجام می‌شود و در پشت سر خود محصولات گازی داغ و پر فشار را ایجاد می‌كند، می‌گویند انفجار انجام شده است انفجار حالت دائم در ماده منفجره با سرعت ثابت حركت ولی انفجار ایده‌آل انفجاری است كه در آن واكنش در زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت زیاد) انجام شود. چون طبق تعریف زمان انجام واكنش برابر صفر است انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود و فشار بسیار بالایی تولید می‌كند همانطور كه می‌دانید یكی از علتهایی كه مواد انفجاری فشار بالایی را تولدی می‌كنند مربوط به زمان كوتاه واكنش آنها می‌باشد. البته از نظر فیزیكی چنین چیزی امكان ندارد زیرا كلیه واكنشهای شیمیایی برای كامل شدن به زمان محدودی نیاز دارند، بنابراین مرز بین مواد واكنش یافته و مواد اولیه دقیقاً بر هم منطبق نیست و ناحیه‌ای با ضخامت محدود بین این دو مرز وجود دارد كه این ناحیه را ناحیه واكنش گویند. اگر دستگاه مختصات بر روی جبهه انفجار قرار داده شود. در آن صورت این ناحیه از نظر هندسی بدون تغییر باقی می‌ماند. علت اصلی این كار این است كه با قرار دادن دستگاه مختصات بر روی جبهه انفجار، فرایند از نظر ریاضی حالت پایدار پیدا می‌كند ولی اگر مبدا مختصات در روی یك نقطه ثابت قرار داشته باشد فرآیند غیردائم است و تجزیه تحلیل آن مشكل می‌شود). چون انرژی‌ای كه می‌كند، ثابت بودن سرعت انفجار یك مشخصه فیزیكی و مهم برای ماده منفجره می‌باشد با استفاده از این خاصیت (همانطور كه در شكل زیر نشان داده شده است) می‌توان آن را به شبیه به یك ناپیوستگی تیز دانست كه با سرعت صابت انفجار  در طول ماده منفجره حركت می‌كند.

در سمت راست جبهه انفجار مواد منفجره واكنش نیافته با مشخصات  و P0 و T0 و E0 وجود دارند و در سمت چپ جبهه انفجار محصولات گازی با خواص  و P و T و E قرار دارند. البته فرض شده است كه تمام مواد منفجره در واكنش شركت كرده‌اند. در اثر انفجار گازهایی در دمای بالای T و فشار زیاد P به وجود آمده است و در اثر فشرده شدن گازها دانسیته آنها به P رسیده است كه از P0 بیشتر می‌باشد و سرعت جریان (U) و در جهت راست می‌باشد.


فایل ورد 42 ص

قیمت فایل فقط 7,700 تومان

خرید

برچسب ها : مبانی تئوری انفجار , تئوری انفجار , انفجار , پدیده دتونیشن , موج شوک

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر