폭연 폭굉 전이 과정 1

폭연(Deflagration)과 폭굉 (Detonation) 의 정의

폭연 (Deflagration)

폭연 은 연소파의 전파 속도가 음속 이하인 연소 과정입니다. 이 과정은 주로 열전도에 의해 전달되며, 상대적으로 느린 속도로 진행됩니다. 폭연에서는 화염이 서서히 확산하여 주변 가스를 가열하고 연소를 지속합니다. 이러한 연소는 압력 상승이 비교적 낮고 점진적으로 일어납니다​. 

폭굉 (Detonation)

폭굉은 연소파의 전파 속도가 음속을 초과하는 초음속 연소 과정입니다. 이 과정은 강력한 충격파에 의해 추진되며, 매우 빠르고 폭력적인 특성을 지닙니다. 폭굉은 충격파가 물질을 압축하여 온도를 발화점 이상으로 상승시키고, 거의 순간적으로 큰 압력 상승을 일으키며 폭발합니다. 폭굉은 고압과 고속으로 진행되어 큰 파괴력을 가지게 됩니다​.

 

 

폭연에서 폭굉으로의 전이 과정 (Deflagration-to-Detonation Transition, DDT)

폭연에서 폭굉으로의 전이 과정, 즉 DDT는 복잡한 물리적 과정을 포함합니다. 이 과정은 다음과 같은 단계로 설명할 수 있습니다:

1. 점화와 표면 연소: 폭발성 물질의 표면에서 점화가 발생하여 연소가 시작됩니다.
2. 대류 연소: 화염이 다공성 구조를 통해 확산하며 연소를 지속합니다. 이때 압력이 증가하여 다공성 구조 내에서 흐름이 막힙니다.
3. 고밀도 압축 형성: 압력에 의해 형성된 고밀도 압축은 미연소 물질을 압축합니다.
4. 압축 연소 점화: 압축된 물질이 더 높은 압력으로 연소를 시작하여 충격파를 형성합니다.
5. 충격파와 폭굉: 충격파가 점차 강해져 폭굉으로 전이됩니다​ 

이 과정에서 발생하는 충격파는 단열 압축을 통해 온도를 발화점 이상으로 상승시켜 폭발을 초래합니다. 이러한 전이 과정은 특히 산업 현장에서 안전 관리와 위험 평가에 중요한 요소입니다​

 

폭연과 폭굉 전이과정의 사례

폭연(Deflagration)에서 폭굉(Detonation)으로의 전이과정(DDT)은 산업 및 과학 연구에서 중요한 현상으로, 여러 실제 사례에서 관찰되었습니다. 몇 가지 대표적인 사례와 그 적용 분야는 다음과 같습니다:

1. 산업 재해 사례

   • 1970년 포트 허드슨 프로판 증기 폭발: 이 사고는 프로판 가스가 누출되어 폭연이 발생한 후 밀폐된 공간에서 폭굉으로 전이되면서 큰 폭발을 일으킨 사례입니다.
   • 1989년 필립스 공장 폭발: 텍사스주 파사데나에 있는 필립스 공장에서 폭연이 폭굉으로 전이되면서 대규모 폭발이 발생하여 많은 사상자가 발생한 사건입니다.
   • 2020년 베이루트 폭발: 베이루트 항구에서 발생한 이 폭발은 폭연이 폭굉으로 전이되면서 도시 전체에 큰 피해를 입혔습니다​ 

 

1. 실험적 연구 사례

   • 파이프 내 DDT: 파이프 내부에서 폭연이 발생하고, 이 폭연이 가속되어 폭굉으로 전이되는 과정은 여러 실험적 연구에서 관찰되었습니다. 특히, 다양한 연료 혼합물과 파이프 구조(예: 헬리컬 튜브)를 사용하여 실험한 결과, 좁은 관내에서의 전이 과정이 더 명확히 나타났습니다​ 
   • 펄스 폭굉 엔진(PDE): 펄스 폭굉 엔진은 연료의 효율적인 연소를 위해 폭연에서 폭굉으로의 빠른 전이를 이용합니다. 이 엔진은 슐켈킨 나선(Shchelkin spiral)을 사용하여 폭연을 가속시키고, 폭굉을 촉진합니다​ 

 

이러한 DDT 과정은 특히 가연성 가스가 있는 산업 환경에서 큰 위험을 초래할 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 안전 장치와 절차가 필요합니다.

 

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