|
تحقیق بررسی انفجار انرژی
تحقیق بررسی انفجار انرژی در 54 صفحه ورد قابل ویرایش
|
|
| دسته بندی | علوم انسانی |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 63 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 54 |
تحقیق بررسی انفجار انرژی در 54 صفحه ورد قابل ویرایش
مبانی تئوری انفجار:
1- مقدمه:
در طول حداقل 200 سال گذشته، کاربرد 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 که انفجار تجزیه سریع مقدار معینی ماده است که به محض رخداد یک ضربه یا گرمایش اصطکاکی اتفاق می‌افتد. بنابراین تجزیه این مواد در شرایط مناسب می‌تواند بصورت ساکت و آرام رخ دهد.
کلمه انفجار[2] از نظر فنی به معنی انبساط ماده به حجمی بزرگتر از حجم اولیه است. آزاد شدن ناگهان انرژی که لازمه این انبساط است. غالباً از طریق احتراق سریع، دتونیشن[3] (که در فارسی همان انفجار معنی می‌شود)، تخلیه الکتریکی با فرایندهای کاملاً مکانیکی صورت می‌گیرد. خاصیت متمایز کننده انفجار، همانا انبساط سریع ماده است. به نحویکه انتقال انرژی به محیط تقریباً بطور کامل توسط حرکت 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 یک ماده منفجره قوی |
جدول (بالا) مقایسه‌ای بین سه فرایند آزاد سازی انرژی
برای شعله تقریباً هیچ انتقال جرمی به اطراف رخ نمی دهد در حالیکه نیروی پیشرانش یک اسلحه قادر به راندن گلوله است و یک ماده منفجره قوی[4] هر چیز در تماس با خود را تغییر شکل داده و یا ویران می‌کند. قدرت منهدم کننده این مواد را «ضربه انفجار»[5] نامیده می‌شود که مستقیماً با حداکثر فشار تولید شده مرتبط است. توجه کنید که در جدول (بالا)، هیچگونه توصیفی از محل رخداد (تونیشن ماده منفجره قوی ارائه نشده است. این بدان معناست که فرایند دتونیشن از محدودیتهای فیزیکی مستقل است.
با توجه به مطالب بالا واضح است که دتونیشن تنها یکی از انواع حالات پدیده انفجار است بعبارت دیگر واژه دتونیشن تنها باید به فرآیندی اطلاق شود که در طی آن یک «موج شوک»[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 کار برده خواهد شد.
سرآغاز تحقیقات اخیر بر روی دتونیشن به سالهای 45-1940 م. که «زلدویچ» و «ون نیومان» هر یک به طور جداگانه مدل یک بعدی ساختار امواج دتونیشن را فرمولبندی کردند باز می‌گردد، گرچه یک مدل واقعی سه بعدی تا اواخر سال 1950 م به تاخیر افتاد.
2- پدیده دتونیشن:
دتونیشن یک واکنش شیمیائی «خود منتشر شونده»[7] است که در طی آن مواد منفجره اعم از مواد جامد، مایع، مخلوطهای گازی، در مدت زمان بسیار کوتاه در حد میکروثانیه. به محصولات گازی شکل داغ و پرفشار با دانسیته بالا و توانا برای انجام کار تبدیل می‌شود. فرض بگیرید قطعه‌ای از مواد منفجره، منفجر گردد. به نظر می‌رسد که همه آن در یک لحظه و بدون هیچ تاخیر زمانی نابود می‌گردد. البته در واقع دتونیشن از یک نقطه آغازین شروع شده و از میان ماده بطرف انتهای آن حرکت می‌کند. این عمل بخاطر آن آنی بنظر می‌رسد که سرعت رخداد آن بسیار بالاست.
از نظر تئوری دتونیشن ایده‌ال واکنشی است که در مدت زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت) انجام شود. در اینحالت انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود اصولاً زمان واکنش بسیار کوتاه یکی از ویژگیهای مواد منفجره است. هر چه این زمان کمتر باشد، انفجار قویتر خواهد بود. از نظر فیزیکی امکان ندارد که زمان انفجار صفر باشد. زیرا کلیه واکنشهای شیمیائی برای کامل شدن به زمان نیاز دارند.
3-2- موج شوک در سطح قطعه کار:
یک بلوک بزرگ از ماده منفجره را در نظر بگیرید که دارای دو سطح موازی هم است، در نظر بگیرید. یکی از این سطوح در تماس با یک ورق بزرگ و تخت فلزی است و از روی سطح موازی آن، بطور همزمان یک دتونشین صفحه‌ای آغاز می‌شود. بدین ترتیب یک جبهه انفجار تخت درون بلوک پیشروی خواهد کرد. هنگامیکه هنوز این جبهه به سطح ورق فلزی نرسیده است، فشار در این سطح برابر فشار اولیه باقی خواهد ماند. اما درست در لحظه‌ای که موج دتونیشن به این سطح می‌رسد یک پرش ناپیوسته فشار، به فشار دتونشین که بالغ بر چند صد هزار اتمسفر می‌شود، بر روی سطح رخ می‌دهد. این فشار عظیم باعث می‌شود که فلز وادار به حرکت می‌شود. این حرکت در ابتدا از سطح تماس ورق و مواد منفجره آغاز شده و سپس در کل ضخامت ورق پیشروی می‌کند که مطابق شکل صفحه بعد مرز بین فلز متحرک با فلزی که هنوز شروع به حرکت ننموده است. موج شوک نام دارد. توجه کنید همانطور که در دتونشین، موج شوک مرز مشترک ناحیه آرام و مغشوش است. در سطح فلز نیز مرز بین سکون و حرکت فلز است. هر دو موج یک ناپیوستگی شدید در محیط مربوط به خود بوجود می‌آورند. ولی یک تفاوت عمده بین موج شوک منتشر شده در فلز با موج شوک دتونیشن وجود دارد و آن این است که برخلاف موج شوک دتونیشن، سرعت و فشار خود را از دست می‌دهد. علت این امر به تفضیل در بخش
در پشت شوک، فلز در حال حرکت است و به دانسیته‌ای بزرگتر از مقدار اولیه خود متراکم می‌شود. حتی موادی که معمولاً تراکم ناپذیر در نظر گرفته می‌شوند، بطور محسوسی در برابر این موج متراکم می‌شوند. تراکم فلز آنرا گرمتر خواهد ساخت. بنابراین موج شوک مرز بین فلز داغ و سرد نیز خواهد بود.
4-3- معادلات و روابط حاکم در دتونیشن یک بعدی
در اثر واکنش شیمیایی با سرعت خیلی زیاد (چند کیلومتر بر ثانیه) که با درجه حرارت و فشار بالا انجام می‌شود و در پشت سر خود محصولات گازی داغ و پر فشار را ایجاد می‌کند، می‌گویند انفجار انجام شده است انفجار حالت دائم در ماده منفجره با سرعت ثابت حرکت ولی انفجار ایده‌آل انفجاری است که در آن واکنش در زمان صفر (با سرعت بی‌نهایت زیاد) انجام شود. چون طبق تعریف زمان انجام واکنش برابر صفر است انرژی ناشی از انفجار فوراً آزاد می‌شود و فشار بسیار بالایی تولید می‌کند همانطور که می‌دانید یکی از علتهایی که مواد انفجاری فشار بالایی را تولدی می‌کنند مربوط به زمان کوتاه واکنش آنها می‌باشد. البته از نظر فیزیکی چنین چیزی امکان ندارد زیرا کلیه واکنشهای شیمیایی برای کامل شدن به زمان محدودی نیاز دارند، بنابراین مرز بین مواد واکنش یافته و مواد اولیه دقیقاً بر هم منطبق نیست و ناحیه‌ای با ضخامت محدود بین این دو مرز وجود دارد که این ناحیه را ناحیه واکنش 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 کار این است که با قرار دادن دستگاه مختصات بر روی جبهه انفجار، فرایند از نظر ریاضی حالت پایدار پیدا می‌کند ولی اگر مبدا مختصات در روی یک نقطه ثابت قرار داشته باشد فرآیند غیردائم است و تجزیه تحلیل آن مشکل می‌شود). چون انرژی‌ای که می‌کند، ثابت بودن سرعت انفجار یک مشخصه فیزیکی و مهم برای ماده منفجره می‌باشد با استفاده از این خاصیت (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است) می‌توان آن را به شبیه به یک ناپیوستگی تیز دانست که با سرعت صابت انفجار در طول ماده منفجره حرکت می‌کند.
