--> [Author:*] ZESTAW II
1.Azotany ogólnie związki nitrowe nie są termostabilne.
Czy szybki rozkład tych związków to:
- reakcja spalania bez wzrostu ciśnienia,
- to nie jest wzrost w ogóle,
- jest po wybuch fizyczny,
- jest to reakcja polimeryzacji,
- jest to wybuch chemiczny.
2. W czasie deflagracji ciepło przekazywane jest przez:
- promieniowanie,
- przewodnictwo, w gazach
- konwekcje,
- przewodnictwo i konwekcję w cieczach,
- konwekcję i przewodnictwo.
3. Fala detonacyjna różni się od fali uderzeniowej:
- wielkością tworzenia się ciśnienia,
- wielkością tworzenia się temperatury,
- kształtem czoła fali,
- reakcją spalania,
- niczym się nie różnią.
4. Który z czynników nie wpływa na wybuch:
- temperatura,
- zawartość tlenu w powietrzu,
- turbulencja mieszaniny,
- przeszkody mieszaninie,
- zawartość tlenu w mieszaninie.
5. Liczba Reynoldsa wskazuje jaki jest typ przepływu w układzie reagującym.
Jak wpływa lepkość reagentów na typ przepływu:
- nie ma wpływu,
- zmniejsza prędkość przepływu,
- zwiększa prędkość przepływu,
- zależy od ilości wirów,
- zależy od dyfuzji molekulacyjnej.
6. Omówić mechanizm rozprzestrzeniania się płomienia:
7. Co to jest bilans tlenowy i jakie ma znaczenie. Obliczyć bilans tlenowy dla związku
C6H2(NO3)3OH i opisać co to znaczy.
ZESTAW III
1. Współczynnik przewodnictwa temperatury łączy:
- ciepło właściwe w warstwie,
- ciepło właściwe z gęstością i współczynnika przewodnictwa cieplnego,
- ciepło właściwe, współczynnik przewodnictwa cieplnego i temperatury,
- ciepło właściwe, współczynnik przewodnictwa cieplnego i ciśnienia.
2. Wyfuknięcie różni się od deflagracji.:
- wielkością tworzących się ciśnień,
- wielkością temperatury,
- prędkością spalania,
- sposobami przekazywania ciepła,
- wszystkimi w/w czynnikami.
3. Które z podanych grup nie występują w materiale wybuchowym:
- N - N = N C ≡ N
- N - X N ≡ N
- C - N ≡ N - C
4. Siły wyporu w czasie fireball:
- przyspieszające unoszenie się,
- opóźniają,
- nie mają wpływu na przebieg spalania.
5. Przyjmujemy, że temperatura wrzenia cieczy = 52 0C przy 100 0C.
Załóżmy że ciśnienie wzrasta do 200 Kpa.
Co się dalej dzieje z cieczą w zbiorniku w normalnych bezawaryjnych warunkach.
6. Spalanie deflagracyjne w detonacji.
7. Laminarna szybkość spalania.
ZESTAW IV
1. Wybuch powstaje w wyniku:
- utleniania,
- rozkładu termicznego,
- polimeryzacji,
- syntezy,
- topnienia.
2.Płomień kinetyczny jest to reakcja spalania powstała z:
- paliwo i utleniacz w chwili zetknięcia się z reagentami,
- paliwo i utleniacz są wstępnie zmieszane,
- jeśli paliwo i utleniacz nie są wstępnie zmieszane,
- z przenikania utleniacza do paliwa,
- z dużej szybkości przepływu paliwa i utleniacza.
3.Prędkość detonacji nie zależy od:
- sposobu zapłonu mieszaniny,
- krzywizny przewodów,
- typu materiału z którego zrobiono przewody,
- powierzchni przewodów.
4.W związku Bleve fireball praktyczne znaczenie ma:
- czas całkowitego spalania,
- średnica pożaru,
- wysokość tworzenia się płomienia,
- wszystkie te czynniki.
5.W materiałach wybuchowych występuje określenie „samorzutna przemiana' wyjaśnić to pojęcie.
6.Opisać gazodynamikę zapalenia przy zamkniętym końcu rury jednostronnie otwartej.
7.Opisać zjawisko Bleve.
Zestaw I
1. Reaktywność pyłów:
Maksymalne temperatury powstające podczas wybuchów pyłów pochodzenia organicznego są rzędu 2000 do 3000 0K, ciśnienie wybuchu 7 - 8 barów. Podczas wybuchu pyłów metali temperatury przewyższają 3000 0K
i w konsekwencji maksymalne ciśnienie wybuchowe przewyższą 10 barów. Przykłady wysoce reaktywnych pyłów to pyły metali; aluminium, magnezu, tytanu, cyrkonu i inne które mają wysokie ciepło utleniania.
2. Stabilność związków:
Te związki, dla powstaniu których wymagane są duże ilości ciepła są wysoce niestabilne, wysoce reaktywne. Podobnie te związki, które podczas rozkładu wydzielają duże ilości ciepła, są również niestabilne (acetylen).
3. Wyrzut:
Wzrost ciśnienia wskutek parowania wody.
4. Czynniki wpływające na wybuch:
- własności mieszaniny wybuchowej,
- charakterystyka przestrzeni, gdzie przebiega wybuch,
- własności materiału palnego,
- czynniki zapalenia.
5. Procesy zachodzące przy powstaniu detonacji:
Z chwilą powstania zjawiska detonacji ciśnienie i temperatura gazów nagle wzrastają wskutek ponadadiabatycznego sprężania się we froncie fali uderzeniowej, chociaż w tym czasie nie zachodzi jeszcze żadna zauważalna reakcja chemiczna.
P
ρ
T
Czoło fali
6. Funkcja ciśnienia par - graniczna temperatura przegrzania:
P
T [0C]
Gaz ogrzany do temperatury określonej punktem A, w cysternie pod ciśnieniem, przy rozszczelnieniu (awarii) nastąpi wyciek, a ciśnienie spadnie do normalnego. Przy ogrzaniu gazu ciekłego do temperatury w punkcie D,
w tych warunkach przy spadku ciśnienia do ciśnienia normalnego ciekły gaz osiągnie graniczną temperaturę przegrzania (punkt E) i wybuchnie. Temperatura wrzenia cieczy jest funkcją ciśnienia istniejącego nad nią.
Zestaw II
1. Azotany, związki nitrowe, nadtlenki:
Są to związki niestabilne, posiadające grupy, w których występują podwójne lub potrójne wiązania.
Związki azotowe, grupy nitrowe i organiczne związki, które mają duży procent tlenu i azotu. Łatwo rozkładają się egzotermicznie, w konsekwencji prowadząc do wybuchu.
2. Przekazywanie ciepła w czasie deflagracji odbywa się na drodze przewodnictwa i promieniowania w ciałach stałych i na drodze przewodnictwa, promieniowania i konwekcji w gazach. Prędkość rozprzestrzeniania się jest poddźwiękowa.
3. Różnica między falą detonacyjną a falą uderzeniową.
Detonacja to stabilna samopodtrzymująca się fala uderzeniowa.
4. Czynniki wpływające na wybuch:
- Własności mieszaniny wybuchowej: - stężenie palnych par i gazów,-stężenie tlenu,-zawartość (stężenie
gazów obojętnych),-pyły,-turbulencja,-rezim ciśnieniowy,-rezim temperaturowy.
- Charakterystyka przestrzeni gdzie przebiega wybuch:-przestrzeń ograniczona-nieograniczona,-geometria
przestrzeni,-przeszkody,-stan (jakość) powierzchni,-powierzchnia otworów wentylacyjnych,-wielkość
przestrzeni.
- Własności materiału palnego:a)chemiczna stabilność, b)ciepło spalania, c)lotność (dla cieczy), d)w stosunku
do mieszanin pyłowo-powietrznych,-wielkość cząstek i ich kształt, -zawartość cząstek niepalnych i
wilgotnych,,-zdolność do przejścia w stan lotny.
- Czynniki zapalenia: energia,moc,temperatura,fala uderzeniowa,miejsce.
5. Liczba Reynoldsa wskazuje jaki jest typ przepływu w układzie reagującym. Jaki wpływ ma lepkość reagentów na typ przepływu. Liczba Reynoldsa stanowi kryterium przejścia ruchu laminarnego w ruch turbulentny
Re> 10000 -ruch turbulentny Re = v x q/n Re jest współproporcjonalne do prędkości, odległości od miejsca wypływu i gęstości i odwrotnie proporcjonalne do współczynnika lepkości.
6. Mechanizm rozprzestrzeniania się płomienia:
Rozróżnia się trzy typy mechanizmu rozprzestrzeniania się płomienia a mianowicie:
- mechanizm cieplny - jeżeli zapłon mieszaniny nastąpi przy otwartym końcu rury (drugi zamknięty), mieszanina przemieszcza się w rurze jednostajnym ruchem. Szybkość jest mniejsza niż 30 m/s i pozostaje stała dla tej mieszaniny i danych warunków ciśnienia oraz temperatury. Zasięg tego jednostajnego ruchu odpowiada rozprzestrzenianiu na ¼ długości rury i zmienia się wraz ze wzrostem długości i średnicy rury, rodzaju składnika palnego i jego stężenia w mieszaninie. Powstały w takich warunkach płomień ma kształt elipsoidalny.
- przejściowy typ rozprzestrzeniania - w długiej rurze, po okresie jednostajnej szybkości rozprzestrzeniania, powstaje wibracyjny ruch płomienia i nieregularne spalanie poszczególnych objętości płomienia. Zwiększona powierzchnia spalania powoduje wzrost średniej szybkości rozprzestrzeniania. Przy bardzo dużych nieregularnościach w strukturze płomienia (duże amplitudy) ma miejsce zgaśnięcie płomienia bądź powstanie nowego typu rozprzestrzeniania, tak zwanego falą wybuchową.
- powstanie fali wybuchowej - charakteryzującej się dużą szybkością rozprzestrzeniania (większa niż 1000 m/s)
o odmiennym od cieplnego mechanizmie rozprzestrzeniania. Jest to typ spalania detonacyjnego charakteryzujący się bardzo stabilnymi i bardzo wysokimi prędkościami rozprzestrzeniania się frontu płomienia.
Mechanizm cieplny i powstanie fali uderzeniowej są stabilne natomiast przejściowy typ rozprzestrzeniania jest typem nie stabilnym.
7.Bilans tlenowy
Bilans tlenowy określa niestabilność materiałów wybuchowych. Określa się go wzorem:
BO = 1600(z-2x - y/2)/masa cząsteczkowa substancji wybuchowej
Gdzie: z - liczba atomów tlenu, x - liczba atomów węgla, y - liczba atomów wodoru, n - liczba atomów azotu.
Rola azotu w cząsteczce sprowadza się do tego, że jest on stabilny tylko w postaci N2, natomiast inne grupy czy połączenia azotowe wykazują dużą niestabilność.
Największe prawdopodobieństwo wybuchu jest wtedy, gdy bilans tlenowy jest równy zero (BO=0),tzn. w cząsteczce materiału wybuchowego jest stężenie tlenu wystarczające do utleniania wszystkich atomów węgla i wodoru, do produktów całkowitego utleniania CO2 i H2O. Zbyt dużo i zbyt mało tlenu w cząsteczce zmniejsza prawdopodobieństwo powstania wybuchu. Znak + lub - przy wartości liczbowej bilansu tlenowego oznacza , że albo jest za dużo tlenu w cząsteczce (+) w stosunku do liczby atomów węgla i wodoru w cząsteczce lub za mało (-). (+) - dostarczone jest ciepło (przemiana endotermiczna), (-) - wydzielane jest ciepło (przemiana egzotermiczna. Obliczyć dla C6H2(NO3)3OH Masa cząsteczkowa C6 - 12 x 6 = 72, N3 - 1 x 3 = 3, H3 - 14 x 3 =42, O10 - 16 x 10 = 160, Razem 277 To znaczy, z = 10, x = 6, y = 3.
BO = 1600(10- 2*6 - 3/2)/277 = 1600(-3,5)/277 = -5600/277 = - 20 Oznacza to że jest zbyt mało tlenu w cząsteczce w stosunku do liczby atomów węgla i wodoru. Jest małe prawdopodobieństwo wybuchu. Ciepło jest wydzielane (przemiana egzotermiczna).
Zestaw III
1. Współczynnik przewodnictwa temperatury określa się w zależności:
α = λ/cp ρ gdzie; λ- współczynnik przewodnictwa cieplnego, cp - ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, ρ- gęstość
2. Wyfuknięcie różni się od deflagracji
3. Które z podanych grup nie występują w materiałach wybuchowych:
N - N =N C ≡ N N - X C - N ≡ N - C N ≡ N
Grupy występujące w materiałach wybuchowych to niestabilne grupy atomów:
- C ≡ C - acetylen, C - N = N - C - związki azowe, - C - N = O - związki nitrowe, -C - O - O - C nadtlenki, - N - X związki chloroazotowe, - N - X - nadchlorany.
4. Siły wyporu w czasie fireball.
Siły wyporu powstałe w wyniku różnicy w nagrzaniu produktów spalania od niezapalnej mieszaniny (gęstość). Powstałe w ten sposób siły wyporu powodują pionowe przyspieszenie palącej się chmury i coraz szybsze wciąganie do niej powietrza.
5. Przyjmijmy, że temperatura wrzenia cieczy = 52 oC przy ciśnieniu 101,4 kPa. Załóżmy, że ciśnienie wzrasta do 200 kPa.
Wtedy temperatura wrzenia tej cieczy wzrasta do pewnej wielkości.
6. Spalanie deflagracyjne w detonacji czas
Odległość od punktu zapłonu
Inicjator wywołuje zapłon mieszaniny palnej w rurze jednostronnie zamkniętej. Czoło płomienia przemieszcza się wzdłuż krzywej (3), jednocześnie wytwarzają się elementarne fale ciśnienia (4) o coraz większej prędkości z tego względu, że przemieszczają się one w ośrodku o coraz wyższej temperaturze. Fale te doganiają się w punkcie (5). W tym miejscu dochodzi do adiabatycznego sprężenia mieszaniny palnej przed falą, a po przekroczeniu temperatury samozapalenia gazu następuje wybuch (6). Czas, który upłynął od momentu zapalenia do spotkania się fal elementarnych do chwili wybuchu cieplnego, nosi nazwę czasu indukcji (7). Z punktu (6) powstają dwie fale detonacyjna i retonacyjna, identyczne lecz skierowane przeciwnie do siebie.
7.Laminara szybkość spalania
Laminarna szybkość spalania jest to stała prędkość rozprzestrzeniania się płomienia w warunkach laminarnych. Zależy ona od składu chemicznego substancji, jej stężenia, początkowej temperatury i ciśnienia.
Szybkość < 30 m/s i pozostaje stała dla danej mieszaniny i danych warunków ciśnienia oraz temperatury. Małe prędkości rozprzestrzeniania się płomienia spowodowane są przenoszeniem ciepła od warstwy ogrzanej (frontu płomienia) do nieogrzanej na drodze przewodnictwa cieplnego mieszaniny. Dyfuzyjne mieszanie składników mieszaniny palnej i produktów spalania.
Zestaw IV
1. Przyczyny wybuchu:
- reakcja utleniania (egzotermiczna reakcja)
- rozkład termiczny (rozkład saletry amonowej lub acetylenu)
- wzrostu ciśnienia (wybuchy fizyczne)
- rozpad jądra (bomba atomowa) (synteza jądrowa)
- polimeryzacja (egzotermiczna reakcja polimeryzacji)
2. Płomień kinetyczny
Szybkość spalania substancji palnej, wstępnie zmieszanej z utleniaczem, daje płomień kinetyczny.
3. Prędkość detonacji zależy od:
- początkowej temperatury mieszaniny,
- początkowego ciśnienia mieszaniny,
- składu mieszaniny,
- powierzchni przewodów.
Prędkość detonacji nie zależy od:
- sposobu zapłonu mieszaniny,
- krzywizn przewodów,
- typu materiału z którego zrobiono przewody.
4. W zjawisku Bleve - fireball praktyczne znaczenie ma:
- czas całkowitego spalania,
- średnica pożaru,
- wysokość tworzącego się płomienia.
5. Samorzutna przemiana w materiałach wybuchowych
Oznacza to, że są to materiały niestabilne, łatwo rozkładające się egzotermicznie to znaczy wydzielające się ciepło podczas rozkładu. Ciepło to podnosi ich temperaturę przyspieszając dodatkowo ich szybkość rozkładu. W ten sposób samo przyspieszenie reakcji prowadzi stopniowo do coraz większej ilości ciepła w układzie i konsekwencji do wybuchu.
6. Opisać gazodynamikę zapalenia przy zamkniętym końcu rury jednostronnie otwartej.
W rurze jednostronnie otwartej z mieszaniną gazową, gdzie składnik palny znajduje się w stężeniach między granicami wybuchowości i zapalenie ma miejsce przy zamkniętym końcu rury. W pierwszej chwili prędkość płomienia jest równa laminarnej szybkości spalania.. Płomień ogrzewa gazy, które ulegają rozprężeniu, następuje ich ruch w kierunku wylotu rury, w tym samym co płomień. Spalanie ma miejsce w gazach, które się same przemieszczają ze względu na wzrost temperatury. Prędkość płomienia natychmiast staje się większa niż laminarna szybkość spalania. Prędkość ta jest sumą laminarnej szybkości spalania powiększona o szybkość rozprężania gazów. Powstaje trójwymiarowa powierzchnia płomienia w wyniku tworzenia się wirów. Istnieje możliwość przejścia w detonację.
7. Zjawisko Bleve.
Bleve jest to wybuch spowodowany nagłym wyciekiem łatwo zapalnej cieczy o temperaturze wyższej od jej temperatury wrzenia przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, powstały w wyniku dużego wielomiejscowego uszkodzenia zbiornika. Powstanie Bleve towarzyszy zwykle powstanie zjawiska fireball. Przegrzanie cieczy, czyli ogrzanie jej powyżej temperatury wrzenia, bez wywołania wrzenia. Można osiągnąć to zjawisko, gdy w cieczy nie ma zarodków banieczek pary. Ogrzanie dalsze cieczy powoduje przegrzanie cieczy. Istnieje graniczna temperatura do której ciecz może być przegrzana. W takiej temperaturze ciecz jest jednak w równowadze nietrwałej i wystarczy obecność zarodka, by wywołać wrzenie wybuchowe.
T przeg = 0,895 T kryt.
Aby Powstało Bleve muszą być spełnione następujące warunki:
- materiałem musi być ciecz lub gaz w stanie skroplonym,
- ciecz musi być magazynowana w zbiorniku bardzo szczelnie zamkniętym np. w cysternie,
- temperatura cieczy w zbiorniku musi być wyższa niż temperatura wrzenia tej cieczy, przy ciśnieniu atmosferycznym.
Temperatura wrzenia cieczy jest funkcją ciśnienia istniejącego nad nią. Im wyższe ciśnienie powierzchni cieczy, tym wyższa jej temperatura wrzenia.
Opisać bardzo szczegółowo wybuchy spowodowane zetknięciem się wody ze skroplonymi metalami typu Al., Mg, Co, stal.
Metale oraz stal w stanie stopionym osiągają na ogół temperaturę rzędu 700 - 2000oC. Gdy roztopiony metal o wysokiej temperaturze wlewa się do wody, przechodzi on gwałtownie z fazy ciekłej w fazę lotną (parę), co powoduje zjawisko silnej turbulencji. Siła tej przemiany jest zbliżona do detonacji materiału kruszącego. Przyczyna zaistniałego wybuchu leży w działaniu mechanicznym (fizycznym) w wyniku nagłego przejścia wody (1700 - krotne powiększenie objętości). Np. w wypadku stali ogrzanej do temperatury 1500oC i wody o temperaturze 20 oC powstaje silny wybuch fizyczny, spowodowany tym że utlenione powietrzem cząstki stali zostają gwałtownie wyrzucone po utworzeniu się pary. Podobne zjawisko obserwuje się przy oddziaływaniu wody na roztopione aluminium. Warunkiem zaistnienia wybuchu fizycznego przy zetknięciu się z wodą roztopionego metalu czy stali jest duża powierzchnia zetknięcia. Kiedy stopiony metal zetknie się z wodą powstała gwałtownie para rozbija roztopioną masę na bardzo małe cząstki, które mieszają się bezpośrednio z wodą w skutek czego powstaje duża powierzchnia zetknięcia, poprzez którą następuje wymiana ciepła.
Opisać bardzo dokładnie postawy fizyczne wybuchu Bleve.
Bleve jest to wybuch spowodowany nagłym wyciekiem łatwo zapalnej cieczy o temperaturze wyższej od jej temperatury wrzenia przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, powstały w wyniku dużego wielomiejscowego uszkodzenia zbiornika. Powstanie Bleve towarzyszy zwykle powstanie zjawiska fireball. Przegrzanie cieczy, czyli ogrzanie jej powyżej temperatury wrzenia, bez wywołania wrzenia. Można osiągnąć to zjawisko, gdy w cieczy nie ma zarodków banieczek pary. Ogrzanie dalsze cieczy powoduje przegrzanie cieczy. Istnieje graniczna temperatura do której ciecz może być przegrzana. W takiej temperaturze ciecz jest jednak w równowadze nietrwałej i wystarczy obecność zarodka, by wywołać wrzenie wybuchowe.
T przeg = 0,895 T kryt.
Aby Powstało Bleve muszą być spełnione następujące warunki:
- materiałem musi być ciecz lub gaz w stanie skroplonym,
- ciecz musi być magazynowana w zbiorniku bardzo szczelnie zamkniętym np. w cysternie,
- temperatura cieczy w zbiorniku musi być wyższa niż temperatura wrzenia tej cieczy, przy ciśnieniu atmosferycznym.
Temperatura wrzenia cieczy jest funkcją ciśnienia istniejącego nad nią. Im wyższe ciśnienie powierzchni cieczy, tym wyższa jej temperatura wrzenia.
Opisz dokładnie na przykładzie nitroksylenu C8H9NO2 co to znaczy bilans tlenowy
Bilans tlenowy określa niestabilność materiałów wybuchowych. Określa się go wzorem:
BO = 1600(z-2x - y/2)/masa cząsteczkowa substancji wybuchowej
Gdzie: z - liczba atomów tlenu, x - liczba atomów węgla, y - liczba atomów wodoru, n - liczba atomów azotu.
Rola azotu w cząsteczce sprowadza się do tego, że jest on stabilny tylko w postaci N2, natomiast inne grupy czy połączenia azotowe wykazują dużą niestabilność.
Największe prawdopodobieństwo wybuchu jest wtedy, gdy bilans tlenowy jest równy zero (BO=0),tzn. w cząsteczce materiału wybuchowego jest stężenie tlenu wystarczające do utleniania wszystkich atomów węgla i wodoru, do produktów całkowitego utleniania CO2 i H2O. Zbyt dużo i zbyt mało tlenu w cząsteczce zmniejsza prawdopodobieństwo powstania wybuchu. Znak + lub - przy wartości liczbowej bilansu tlenowego oznacza , że albo jest za dużo tlenu w cząsteczce (+) w stosunku do liczby atomów węgla i wodoru w cząsteczce lub za mało (-). (+) - dostarczone jest ciepło (przemiana endotermiczna), (-) - wydzielane jest ciepło (przemiana egzotermiczna. Obliczyć dla C8H9NO2 Masa cząsteczkowa C8 - 12 x 8 = 96, N3 - 1 x 1 = 1, H9 - 14 x 9 =126, O2 - 16 x 2 = 32, Razem 255 To znaczy, z = 2, x = 8, y = 9.
BO = 1600(2- 2*8 - 9/2)/255 = 1600(-18,5)/255 = -29600/255= - 116 Oznacza to że jest zbyt mało tlenu w cząsteczce w stosunku do liczby atomów węgla i wodoru. Jest małe prawdopodobieństwo wybuchu. Ciepło jest wydzielane (przemiana egzotermiczna).
Opisz dokładnie podstawy fizyczne wybuchu „fireball”
Spalanie chmury przebiega trzyetapowo tzn.
zapalenie się obrzeży chmury,
rozcieńczenie chmury przez powietrze,
rozprzestrzenianie się płomienia poprzez chmurę.
W pierwszej fazie po awarii chmura par tworzy z powietrzem mieszankę bogatą. Granicę zapalności par cieczy powodujących zjawisko fireball są wąskie (1,5 - 9,0%). Zależnie od czasu i odległości od miejsca wycieku mamy różne stężenia mieszanki palnej w kształcie kuli.. Przy obrzeżach chmury, gdzie styka się ona z powietrzem, dyfundujące do niej powietrze rozcieńcza mieszaninę do stężeń określonych zakresem wybuchowości. Jeżeli ulegnie zapaleniu to spala się w tej części chmury. Gorące produkty spalania różnią się gęstością od niezapalnej mieszaniny z powodu różnicy ich nagrzania. Powstałe w ten sposób siły wyporu powodują pionowe przyspieszenie palącej się chmury i coraz większą objętość chmury. Ten proces zapewnia ciągłość spalania chmury, gdyż im więcej powietrza wpływa do chmury tym więcej spala się paliwa. Jeżeli stężenie powietrza wciągnionego do chmury będzie wystarczające do całkowitego spalenia chmury, płomień rozprzestrzenia się na całą objętość chmury, powodując jej całkowite spalenie.
Opisać dokładnie co to jest detonacja, od czego zależy prędkość detonacji.
Detonacja jest to rozprzestrzenianie się fali uderzeniowej, która powoduje powstanie wysokich temperatur i strefa reakcji rozprzestrzenia się z szybkością naddżwiękową. Mechanizm rozprzestrzeniania się detonacji nie jest oparty na przenoszeniu ciepła ale na bardzo szybkim i ostrym sprężaniu przebiegającym w fali uderzeniowej. Istotna jest więc dynamika gazów, a nie transfer ciepła. W czasie detonacji powstaje fala detonacyjna i uderzeniowa. Warto więc podkreślić, że fala detonacyjna jest bardziej złożonym zjawiskiem w porównaniu z falą uderzeniową. W fali detonacyjnej ma miejsce na początku sprężanie i ogrzanie się mieszaniny gazowej, oddziaływanie fali uderzeniowej, a następnie zapalenie i spalenie mieszaniny. Przyczyną powodującą zaistnienie reakcji chemicznej jest ogrzanie się mieszaniny podczas sprężania fali uderzeniowej. Ciśnienie i temperatura są znacznie wyższe niż przy sprężaniu adiabatycznym. Wszystkie zachodzące w fali detonacyjnej procesy przebiegają przy stałej prędkości rozprzestrzeniania się detonacji. Prędkość detonacji w mieszaninach gazowych osiąga 2 - 3 km/s, a przy stałych ciekłych materiałach osiąga 8 km/s. Prędkość detonacji zależy od różnych czynników; może zmieniać się jeśli zmianie ulegają warunki, w których znajduje się mieszanina palna. Na prędkość detonacji wpływa: - początkowa temperatura mieszaniny, - początkowe ciśnienie mieszaniny, - skład mieszaniny, - powierzchnia przewodów w których rozwija się detonacja (gładka lub szorstka).
Omów szczegółowo, czy nastąpi „Fireball” w następujących warunkach np. załóżmy, że w cysternie jest ciecz palna o temp. 50 oC przy p = 101,4 Kpa. Zakłada się, że w wyniku awarii nastąpiło co - wyjaśnić.
Załóżmy, że ciśnienie wzrasta do 200 Kpa, wtedy temperatura wrzenia tej cieczy również wzrasta do 120oC. Dlatego też przy ciśnieniu 200Kpa i temperaturze cieczy na przykład 95 oC, ciecz nie wrze. Jeżeli zaistnieją jednak takie warunki, że cysterna z tą cieczą ulegnie katastrofie, wtedy ciśnienie w cysternie natychmiast spadnie do 101,4 Kpa (normalne na poziomie morza), ale jej temperatura nie zmieni się i pozostanie na poziomie = 95oC, czyli jest ona dużo wyższa niż temperatura wrzenia tej cieczy (50oC). Oznacza to, że wypływająca z cysterny w czasie katastrofy ciecz natychmiast przejdzie w stan lotny, dając ogromną ilość pary. Wystarczy obecność źródła zapalenia (np. strumień ciepła), aby powstał pożar, a dokładniej fireball.