爆燃

デフラグレーション （ラテン語：de + flagrare、「燃え尽きる」）は、予混合炎が爆発物または燃料と酸化剤の混合物に伝播する亜音速 燃焼である。 ^{[1] [2]高圧および}低圧爆薬または燃料と酸化剤の混合物のデフラグレーションは、閉じ込めやその他の要因に応じてデトネーションに移行する可能性がある。 ^{[3] [4]}日常生活で見られる火災のほとんどは拡散炎である。炎の速度が1m/sの範囲であるデフラグレーションは、爆速がkm/sの範囲で超音速で伝播するデトネーションとは異なる。^[5]

爆燃は、膨張するガスの力を利用して、発射体を銃身内や内燃機関のピストン内へと動かす工学的用途でよく使用されます。爆燃システムおよび製品は、高性能爆薬の有益な代替手段として、ガス圧力爆破による採鉱、解体、採石にも使用できます。

爆発の安全性、または爆発物を含むシステムの安全性を研究または議論する場合、爆燃、デトネーション、および爆燃からデトネーションへの遷移(一般に DDT と呼ばれる) という用語を理解し、適切な方法で使用して関連情報を伝達する必要があります。上で説明したように、爆燃は亜音速反応であるのに対し、デトネーションは超音速 (物質の音速よりも速い) 反応です。爆燃とデトネーションを区別することは、一般の観察者には困難または不可能な場合があります。むしろ、この 2 つを自信を持って区別するには、影響を受ける物質の反応速度を確認するための計測と診断が必要です。したがって、爆発性物質または爆発物を含むシステムで予期しないイベントまたは事故が発生した場合、どちらも非常に激しくエネルギーの高い反応として現れる可能性があるため、爆発物が爆燃したのか、爆発したのかを知ることは通常不可能です。そのため、エネルギー物質のコミュニティでは、音速を測定する診断がないため、爆燃または爆発のいずれかである可能性のある激しい反応を説明するために、「高爆発性暴力反応」または「HEVR」という用語を作り出した。^{[6] [7]}

炎の基礎となる物理現象は、燃焼が起こる幅の狭い遷移領域によって区切られた、未燃焼および燃焼した気体燃料の均一な一次元管からなる理想化されたモデルによって理解することができる。燃焼領域は一般に炎または炎面と呼ばれる。平衡状態では、炎面を横切る熱拡散は燃焼によって供給される熱によってバランスが取れている。^{[8] [9] [10] [11]}${\displaystyle \delta \;}$

ここでは2つの特徴的な時間スケールが重要となる。1つ目は熱拡散時間スケールであり、これはおよそ ${\displaystyle \tau_{d}\;}$

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

ここで、は熱拡散率です。2番目は燃焼時間スケールで、温度とともに大きく減少し、典型的には ${\displaystyle \kappa \;}$ ${\displaystyle \tau_{b}}$

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

ここで、は燃焼反応の活性化障壁であり、は燃焼の結果として発生する温度です。このいわゆる「炎の温度」の値は、熱力学の法則から決定できます。 ${\displaystyle \デルタU\;}$${\displaystyle T_{f}\;}$

静止した移動する爆燃前面の場合、これら 2 つの時間スケールは等しくなければなりません。つまり、燃焼によって発生する熱は、熱伝達によって運び去られる熱と等しくなります。これにより、炎前面の 特徴的な幅を計算することができます。${\displaystyle \delta \;}$

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

したがって

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

ここで、熱炎の前面は特性速度で伝播します。これは、炎の幅を燃焼時間で割った値に単純に等しくなります。 ${\displaystyle S_{l}\;}$

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

この簡略化されたモデルは、温度変化と爆燃前面の燃焼速度を無視しています。また、このモデルは乱流の影響も無視しています。その結果、この導出では層流炎の速度のみが得られます。これが という指定の理由です。 ${\displaystyle S_{l}\;}$

大規模で短時間の爆燃は、建物、設備、人への損害を引き起こす可能性があります。潜在的な損害は、主に、その事象で燃焼した燃料の総量（利用可能な総エネルギー）、達成される最大反応速度、および燃焼ガスの膨張を封じ込める方法によって決まります。放出された爆燃は、封じ込められた爆燃よりも激しくなく、損害も少ない傾向があります。^[12]

自由空気爆燃では、最大炎速に対する爆燃効果は連続的に変化する。炎速が低い場合、爆燃の効果は閃光火災のように熱を放出することである。炎速が音速に近い場合、放出されるエネルギーは圧力の形で、結果として生じる高圧は機器や建物に損傷を与える可能性がある。^[13]

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• 大火事
• 爆燃から爆発への移行
• 圧力の積み重ね