폭굉 현상 (Detonation Phenomenon) 과 폭굉 유도 거리

폭굉 현상 (Detonation Phenomenon) 

가연성 가스가 공기 또는 산소와 혼합가스가 되는 경우 연소가 급속도로 발생할 수 있다. 이때 화염의 전파속도가 빨라지게 되며, 음속보다 화염 전파속도가 빨라지는 경우 파면 선단에 폭굉파(Detonation Wave)라는 충격파(Shock Wave)를 형성하며 격렬한 파괴 작용을 일으키게 된다. 이를 폭굉 현상(Detonation Phenomenon)이라고 한다.

 

폭굉파의 전파속도는 가스의 경우 1000~3500m/s정도로 음속보다 빠른 속도로 진행하며 충격파를 형성한다. 정상 연소는 일반적으로 0.1~1m/s로 이에 비해 폭굉 파는 굉장히 빠른 속도로 진행된다. 밀폐용기 내에서 폭굉이 발생하는 경우 파면 압력은 정상 연소 때보다 2배 정도 높다. 폭굉파가 벽에 충돌하면 파면 압력은 약 2.5배 정도 높아진다.

 

폭굉 파는 반응 후 온도와 압력이 상승하나, 연소파(Combustion Wave)는 반응 후 온도는 상승하지만 압력은 일정하다는 차이가 있다.

 

폭굉 파는 직진하려고 하는 성질을 지닌 충격파이다. 이는 음파와는 달리 파장이 아주 짧은 단일 압축파를 생성한다. 또한 충격파는 진행 방향에 고속 유동층이 존재하기 때문에 이것이 물체에 충돌하면 아주 짧은 시간이지만 강력한 압력을 가해 파괴 작용을 발생시킨다. 일반적으로 폭굉파가 3000m/s일 때, 충격 압력은 1000 atm까지 높아진다.

 

따라서 폭발사고가 발생하면 멀리 있는 창문의 파손, 건물에 피해, 전봇대, 나무 등에 가려진 곳은 가려진 곳만 파괴되지 않는 것도 폭굉파의 직진하려 하는 성질에 의한 특징이다.

 

폭굉 범위는 폭발 상한 과 하한의 중간에 있다. 폭굉 현상은 혼합가스에 국한된 것이 아니고 순수한 물질에 있어서도 그 분해 열이 (+) 일 때 폭굉을 일으킬 수 있다. 예를 들어 오존, 아산화질소, 히드라진, 고압의 아세틸렌 등은 폭굉을 일으킬 수 있다.

 

Fig.1 폭굉 상한과 하한은 폭발 상한과 하한 사이에 있다.

액체 또는 고체에 있어서도 분자 내에 충분한 산소량을 함유하는 물질에 대해서도 폭굉이 발생할 수 있다. 예를 들면 니트로 글리세린, 니트로글리콜, 트리니트로톨루엔(TNT), 피크린산 등과 같은 폭약류는 충분한 기폭 작용을 주면 폭굉을 일으킨다. 또한 뇌홍, 질화 납과 같은 기폭약은 분자 내에 연소에 사용되는 산소를 함유하지 않지만 (-)의 생성열을 갖기 때문에 적은 충격을 주어도 폭굉을 일으켜 분해된다.

폭굉 유도 거리(DID, Detonation Inducement Distance)

폭굉 유도 거리란 최초의 완만한 연소가 격렬한 폭굉으로 발전될 때까지의 거리를 말하며 폭굉 유도 거리가 짧아지는 원인은 다음과 같다.

① 정상 연소 속도가 큰 혼합가스일수록 거리가 짧아진다.

② 관 속에 방해물이 있거나 관 지름이 작을수록 거리가 짧아진다.

③ 압력이 높을수록 거리가 짧아진다.

④ 점화원의 에너지가 클수록 거리가 짧아진다.

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화재 및 폭발과 관련된 사항은 아래 링크에서 참고하면 된다.

 

Boil Over , Slop Over , Forth Over 의 개념

분출 화재 (Jet Fire) 와 액면 화재 (Pool Fire) 의 개념

비등 액체 팽창 증기 폭발 (BLEVE, Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)

증기운 폭발 (VCE, UVCE) , 화구 (Fire Ball)

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