The propagation of large scale thermal explosions

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 22; no. 7; pp. 1083 - 1093
• Main Authors: Hall, R.W., Board, S.J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 01.01.1979
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(79)90181-9

We suggest that, on present theoretical and experimental evidence, all large scale propagating thermal explosions have a detonation-like structure. We examine the effects on such a thermal detonation of sideways flow, interphase slip and thermal expansion of the coolant; the balance of these effects at the place in the reaction zone where the flow goes sonic controls the propagation, and hence efficiency of the explosion. We show that: 1. (a) thermal explosions (like chemical explosions) will only propagate if the sideways constraint is high; 2. (b) in a detonation in which vapour is generated within the reaction-region (a 'vapour detonation') the efficiency can be low. We apply a model of this to metal/water explosions, and show that it predicts the general characteristics of these events. On suggère, à partir de l'évidence théorique et expérimentale, que toutes les explosions thermiques à grande échelle ont une structure semblable à la détonation. On examine les effets d'une telle détonation thermique sur l'écoulement, le glissement de l'interface, l'expansion thermique du réfrigérant et on considère le bilan de ces effets dans la zone de réaction où l'écoulement devenant sonique contrôle la propagation et par suite l'efficacité de l'explosion. On montre que: 1. (a) Les explosions thermiques (comme les explosions chimiques) se propagent seulement si la contrainte est élevée: 2. (b) Dans une détonation avec vapeur créée dans la région de réaction (une détonation avec vapeur), l'efficacité peut être faible. On applique un modèle de ces explosions métal/eau et l'on montre qu'il en prédit les caractéristiques générales. Wir sind der Meinung, daβ nach dem gegenwärtigen Stand der theoretischen und experimentellen Erkenntnisse alle sich groβräumig ausbreitenden thermischen Explosionen einen detonationsartigen Charakter haben. Wir untersuchen den Einfluβ von Seitwärtsströmung, Schlupf zwischen den Phasen und der thermischen Expansion des Kühlmittels auf eine solche thermische Detonation; das Zusammenwirken dieser Effekte an der Stelle der Reaktionszone, wo Schallgeschwindigkeit herrscht, bestimmt die Ausbreitung und damit die Wirksamkeit der Explosion. Wir zeigen, daβ: 1. (a) thermische Explosionen (wie chemische Explosionen) sich nur dann ausbreiten, wenn der seitliche Widerstand groβ ist, 2. (b) die Wirksambeit von Detonationen, bei welchen in der Reaktionszone Dampf/erzeugt wird (Dampf-Detonationen), gering sein kann. Wir wenden ein derartiges Modell auf Metall/Wasser-Explosionen an und zeigen, daβ es das allgemeine Verhalten solcher Vorgänge beschreibt. Ha ocнoвaнии пpeдcтaвлeнныч в paбoтe тeopeтичecкич и экcпepимeнтaльныч дaнныч cдeлaнo пpeдпoлoжeниe o дeтoнaциoннoй cтpyктype вceч кpyпнoмacштaбныч pacпpocтpaняющичcя тeплoвыч взpывoв. B paбoтe иccлeдoвaлocь влияниe нa тaкyю тeплoвyю дeтoнaцию бoкoвыч пoтepь, мeжфaзнoгo cкoльжeния и тepмичecкoгo pacшиpeния. Cyммapнoe влияниe этич эффeктoв в мecтe пepeчoдa пoтoкa в звyкoвoй в peaкциoннoй зoнe oпpeдeляeт pacпpocтpaнeниe, a cлeдoвaтeльнo, и эффeктивнocть взpывa. Пoкaзaнo, чтo ( a) тeплoвыe взpывы (пoдoбнo чимичecким) pacпpocтpaняютcя тoлькo в cлyчae нaличия oчeнь нeзнaчитeльныч бoкoвыч пoтepь; ( б) пpи дeтoнaции c oбpaзoвaниeм пapa в пpeдeлaч peaкциoннoй oблacти (⪡пapoвaя дeтoнaция⪢) эффeктивнocть взpывa мoжeт быть нeзнaчитeльнoй. Ha пpимepe пpимeнeния мoдeли этoгo пpoцecca к cлyчaю взpывoв в cиcтeмe мeтaлл-вoдa пoкaзaнo, чтo c пoмoщью дaннoй мoдeли мoжнo paccчитaть oбщиe чapaктepиcтики yкaзaнныч пpoцeccoв.