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天津大爆炸的科学探讨:巨量同步瞬间爆胎对爆炸威力的正反馈作用

已有 7636 次阅读 2015-8-17 10:45 |系统分类:科研笔记| 大爆炸, 安全, 分析, 天津, 消防


 


在距离爆炸现场南侧不到400米处,四五个约足球场大小的停车场上,停放的5000多台新车,加上附近1公里内的各种车辆,总计近万辆车在大爆炸中烧得只剩骨架,全爆的轮胎橡胶都气化掉不见踪影,连轮毂也溶化了,可见威力之强大!

各路专家们的技术分析文章不少,但没有人注意到集体同步爆胎对爆炸威力的正反馈作用。

日常生活中的爆胎也就一声闷响,如果车辆没失控的话,也没啥大不了的, 胎虽破但还在。但上万辆车在相对集中的地区同时爆胎,且轮胎本身还作为高能燃料霎那间焚化,胎内压缩空气中储存的氧气,还能补充或延缓燃烧的消耗,对爆炸冲击波的放量影响绝对不会属于摄动或微扰性质。

车辆胎压大约3个大气压,单轮爆胎近距离声压大约100分贝。1万台车至少4万只轮胎,同时爆胎的话,加上那个橡胶气化燃烧生成的二氧化碳和水气以及附加热辐射,引起的冲击波叠加部分有多大呢?

是否同步对爆炸威力的影响可大啦,只有同步才能获得强大的合力!然而读者可能会质疑:何以见得爆胎同步发生呢?

关键是新车的质量分布符合--这是现代化工业生产的质量管理标准。轮胎质量,尤其是极限承压参数的概率分布高度均衡,使得同步成为可能!四个胎如果质量参差不齐的话,或来自不同厂家, 或者是牌子混杂的二手车的话,是否同步也许有疑问。

轮胎公司出于成本考虑,不会将轮胎的极限承压设计得超过标称值2倍。即轮胎标准压力3个大气压,则极限是6个大气压。

根据等容理想气体方程P1/T1=P2/T2, P翻倍,则T翻倍,室温27度对应的T1=300K,则翻倍到600K的T2,只要求空气温度300摄氏度。这在大爆炸现场是最初毫微秒即可达到的温度!

轮胎在温度上升时将变软,极限承压力将急剧下降,也许不到200摄氏度就同步爆胎了。

正是基础爆炸反应为爆胎及之后的反应创造了条件。那么基础爆炸到底是啥呢?

有人将爆炸原因引到金属钠与水的反应要么是不懂化学,要么是故意搅浑水!至今没有证据说明单质金属钠的存在,而是作为化合元素存在于700吨氰化钠中。食盐里还有金属钠呢。

电石遇水生成乙炔当作主因也不靠谱。因为电石是固体的,固液反应仅在接触面上进行,乙炔产速快不到哪里。这个反应最多可为硝酸铵爆炸反应创造条件而已。这类爆炸只能称得上是“碳火”

一次爆炸,或称基础爆炸应该是更强力的“氮火”,氮火的产物是高速四溅的大量氮气分子、二氧化碳、水气!

硝酸铵的爆炸反应方程:4NH4NO3→3N2+2NO2+8H2O

每个反应物分子转换成13/4= 3.25个气体分子。相当于爆点急需3.25倍空间接纳逸出的分子,因而爆点至少3.25个大气压。因为反应物是固体到气体的急剧相变,阿伏加德罗的等分子数等体积不适用于固体,故而前述3.25个大气压放大100倍是可能的,即至少爆点325个大气压!

据称堆场里还有硝化棉,这个爆炸起来就更厉害了。

爆炸方程式:

2(C6H7O11N3)n→3nN2↑+7nH2O↑+3nCO2↑+9nCO↑

单聚物固体分子理论上可产生(3+7+3+9)/2=11个气体分子,多聚则放大n倍11n。相当于爆点急需11倍空间接纳逸出的分子,因而虚拟爆点至少11个大气压,按上述同理放大100倍,则可达1100个大气压。这个压力下的空气温度将急剧上升到数千度!

硝酸铵也罢,硝化棉也罢,它们都是自带氧化剂的,且后者更是专业炸药。这类爆炸是“氮火”,而不是“碳火”。我上个月的博文已经探讨了两种火的区别。

“氮火”虽然反应物为固体,但其爆炸反应决不限于表面 ,而是从内至外大体同时发生的,因而爆速及其迅猛!

“碳火”需要用到环境的氧气。从youtube视频来看,更多强烈的爆炸发生在高空--至少100米以上的高度。这个高度以上的火比地面的主流“氮火”滞后一点,但基本肯定是碳火,也许主要燃料地面闪蒸出的汽油等碳氢化合物分子。

我没有建数学模型搞仿真分析,很希望有人在我这个思路上深入研究。在此我不妨大胆推断:天津大爆炸的杀伤力,可能有相当一部分来自集体同时瞬间爆胎,整个爆炸能量是“氮火”与“碳火”之和,暂时不考虑“核火”!

一览停车场布局,感觉很数学的规则布局,爆胎的气浪也许在相位上刚好互相增强。

估计新车的油箱都只象征性有点汽油,否则爆炸威力还要激增!油箱炸裂后要就地燃烧的话,需要大量氧气,因而仅少部分就地燃爆,大部分汽油蒸气,瞬间被爆胎助推的气浪推倒高空,直到遇到浓度合适的氧气,才在高空再次引爆。

作为防范措施,我建议:今后这类新车密集的中转站,油箱储油最好不要超过10升,轮胎最好只充纯氮气,且胎压20psi以下。

可见爆炸等级高到一定程度后,受影响环境内,很多平常正常物件一下子成为火上浇油的燃料了:储能的压缩空气、轮胎、塑料、装饰件等日用高分子碳氢化合物,甚至活生生的人也成为高燃烧值燃料!




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