福島第一原発の爆発は爆轟detonationだったのか。流体力学のお勉強(その45)

福島第一原発の1号機、2号機、3号機で水素爆発が起きた。この現象は爆轟 detonationだったのか、爆燃 deflagrationだったのか。Detonation とはなにか復習しよう。

1.衝撃波ができるとその後ろ(下流)の温度が上がる。(お勉強(その30)参照)
2.するとその領域で、可燃気体の燃焼条件がそろう。
3.したがって、その領域で燃焼が発生する。
4.衝撃波は超音速で伝播するので、燃焼領域も超音速で、未燃焼領域に入り込んでいく。
  (この現象をdetonationという。)

以上のことを、比体積V と圧力p を使った図で説明しよう。

1.点A を初期条件とする。
2.衝撃波が通過すると、衝撃波断熱曲線のB点で示される圧力に上昇する。(比体積は減少する。比体積の逆数である密度は上昇する。)
3.燃焼現象が起こり、点Cに状態が移行する。エンタルピーが増加するので、衝撃波断熱曲線からはずれる。(燃焼により、圧力は減少し、密度は低下する。)
4.燃焼現象は、爆発断熱曲線上で変化する。
5.エントロピーの観点からいうと、現象はむしろ点CJに落ち着く。この点を Chapman-Jouguet point という。エントロピーが最小となる点である。

画像


例題計算をしてみよう。
Chapman-Jouguet 点での爆発現象である。
初期状態が 1気圧、291°K,、の 5N2 +2H +O2 → 2H2O +5N2 の反応を考える。化学反応によるエンタルピーの増加量 H をパラメータとしよう。H は粗く見積もると 6 程度であるが、化学反応に依存する。

結果のグラフを下に示す。
デトネーションにより、衝撃波後ろの領域の圧力は15気圧程度、温度は2900°K 程度となる。

画像



原発でdetonation が起きたか。まだ、材料不足である。

*************:
「津波の速度はジェット機なみ」の誤解。流体力学のお勉強。(その44)
http://44579446.at.webry.info/201104/article_6.html

津波発生時の波の形(その2)。流体力学のお勉強。(その43)
http://44579446.at.webry.info/201104/article_4.html

津波発生時の波の形。流体力学のお勉強。(その42)
http://44579446.at.webry.info/201104/article_3.html

水の波の速度。流体力学のお勉強。(その41)
http://44579446.at.webry.info/201103/article_31.html

海の波の不思議(その2)。流体力学のお勉強。(その40)
http://44579446.at.webry.info/201103/article_29.html

陸上を走る津波の速度。流体力学のお勉強(その39)
http://44579446.at.webry.info/201103/article_28.html

高速道路における衝撃波Shockの形成。流体力学のお勉強(その38)
http://44579446.at.webry.info/201102/article_28.html

新燃岳「空振」の物理学。君は衝撃波を見たか。流体力学のお勉強(その37)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_22.html

新燃岳「空振」の物理学。衝撃波の強さ。流体力学のお勉強(その36)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_21.html

新燃岳「空振」の物理学。怖いのは熱。流体力学のお勉強(その35)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_20.html

新燃岳「空振」の物理学。衝撃波の後ろの流れ場。流体力学のお勉強(その34)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_19.html

新燃岳「空振」の物理学。爆発エネルギーの効果。流体力学のお勉強(その33)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_18.html

新燃岳「空振」の物理学。衝撃波の伝播速度。流体力学のお勉強(その32)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_17.html

新燃岳爆発の「空振」は衝撃波shock wave による。流体力学のお勉強(その31)。
http://44579446.at.webry.info/201102/article_16.html

衝撃波により圧力は急激に上昇します。流体力学のお勉強。(その30)
http://44579446.at.webry.info/201101/article_53.html

衝撃波の角度とくさびの角度の関係。流体力学のお勉強。(その29)
http://44579446.at.webry.info/201101/article_50.html

衝撃波とマッハ・コーンは別物(再論)。流体力学のお勉強。(その28)
http://44579446.at.webry.info/201101/article_49.html

衝撃波Shock wave の形状は飛行速度により変化します。流体力学のお勉強。(その27)
http://44579446.at.webry.info/201101/article_31.html

海の波の不思議。流体力学のお勉強。(その26)
http://44579446.at.webry.info/201010/article_43.html

超音速で飛行する時の衝撃波形状。流体力学のお勉強。(その25)
http://44579446.at.webry.info/201010/article_40.html

衝撃波とマッハ・コーンとは別物。流体力学のお勉強。(その24)
http://44579446.at.webry.info/201010/article_31.html

衝撃波(ショック・ウエーブ)の誤解。流体力学のお勉強。(その23)
http://44579446.at.webry.info/201010/article_28.html

ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その22)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_91.html

「はやぶさ」の再突入飛行経路はどうなっているのだろうか。流体力学のお勉強。(その21)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_89.html

ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その20)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_88.html

ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その19)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_60.html

ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その18)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_56.html

大気圏再突入のさせ方。流体力学のお勉強。(その17)
http://44579446.at.webry.info/201008/article_49.html

ソニック・ブームとはなにか。流体力学のお勉強。(その16)
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大気圏再突入時の加熱現象に関する誤解。流体力学のお勉強。(その15)
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新幹線先頭車両形状と境界層剥離。流体力学のお勉強。(その14)
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ベルヌーイの定理の誤解。流体力学のお勉強。(その13)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_97.html

新幹線先頭車両形状と空気抵抗。流体力学のお勉強。(その12)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_95.html

新幹線での耳ツン現象。流体力学のお勉強。(その11)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_86.html

新幹線車両の空気抵抗。流体力学のお勉強。(その10)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_62.html

新幹線車両の空気抵抗。流体力学のお勉強。(その9)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_59.html

新幹線車両は最後尾車両の形状が重要。流体力学のお勉強。(その8)
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FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その7)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_56.html

FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その6)
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FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その5)
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FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その4)
http://44579446.at.webry.info/201007/article_1.html

FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その3)
http://44579446.at.webry.info/201006/article_28.html

FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その2)
http://44579446.at.webry.info/201006/article_19.html

FIFAワールドカップ ぶれ球はなぜ起こるか。流体力学のお勉強。(その1)
http://44579446.at.webry.info/201006/article_18.html



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