В) Сжатие пузырьков газов или паров, содержащихся в ВВ

Наименьшая величина энергии ударно-механического воздействия требуется для возбуждения взрыва жидких ВВ, содержащих пузырьки, заполненные газом или парами ВВ. Так, взрыв нитроглицерина с воздушными пузырьками по данным Ф.Боудена может быть вызван ударом с энергией меньше 0,1 Дж.

Температура в пузырьке зависит от степени сжатия и может быть определена по формуле:

где, Т_о [К], Р_о [Па], V_о [м³] – соответственно температура, давление и объем газа;

k – показатель адиабаты газа.

Вычисления показывают, что для повышения температуры газа в пузырьке до величины Т_кр достаточно двадцатикратного сжатия. Такая степень сжатия достижима даже при легком ударе. Но необходимо отметить, что адиабатически сжимаются достаточно крупные пузырьки, диаметр которых не менее 0,1 мм. Кроме того, даже при высокой температуре газа в сжатом пузырьке разогрев поверхностного слоя ВВ по простому механизму теплопроводности от газа к гладким стенкам сферического пузырька мал и не может вызвать воспламенения. Воспламенение происходит в том случае, если внутрь адиабатически нагретого газа попадают из-за дробления мелкие частицы вещества или его пары. Они быстро прогреваются до температуры разогретого газа и воспламеняются.

Действительно, эксперименты, в которых проводилось фотографирование сжимающегося пузырька с помощью высокоскоростной съемки на лупе времени (скорость съёмки 350 мкс кадр/с) показали, что картина явления сложнее. Вследствие неустойчивости формы поверхностей пузырька в процессе сжатия происходит его схлопывание.

Для жидкостей с небольшой вязкостью (например, нитроглицерин) схлопывание сопровождается образованием струи из жидкости, которая с высокой скоростью (100 м/с) выбрасывается внутрь полости, внедряясь в ее стенку. В месте внедрения струя диспергирует на мельчайшие (1 мкм) капли, которые легко воспламеняются от контакта с разогретым газом.

Укажем, что образование струи облегчается, если газовый пузырь имеет неправильную форму, например, эллипсоидную.

Для вязких жидкостей (например, раствор коллоксилина в нитроглицерине), геле - и пастообразных ВВ образования струи при схлопывании не наблюдается. Однако поведение схлопывающейся полости характеризуется «разрушением» её границ. Граница становится неровной, шероховатой. Это приводит к значительному увеличению поверхности контакта ВВ с разогретым газом. Поэтому малые неоднородности на границе полости, а также мельчайшие капельки, срываемые с нее, способны быстро приобретать температуру газа в полости. В данном случае, по сравнению с диспергированием жидкости струей, для возбуждения взрыва требуются более высокие энергии удара, поскольку температура газа должна повыситься до ~1200° К (степень сжатия 70).

Следовательно, чувствительность вязких жидкостей при пузырьковом механизме инициирования ниже, чем легколетучих, в то время как при инициировании взрыва за счет вязкого разогрева порядок чувствительности меняется на обратный.

Следует отметить, что пузырьки необязательно должны быть привнесены в жидкость искусственно или захвачены извне. Они могут образовываться в жидкости за счет явления кавитации (разрыв сплошности среды), которое возникает при действии на жидкость растягивающих напряжений. Согласно теории кавитации, пузырьки образуются, когда давление в жидкости снижается до давления насыщенного пара.

Явление кавитации позволило объяснить эффект дробного удара по жидкому ВВ. Например, удар умеренной силы не вызывает взрыва капли ВВ в том случае, если она помещена на жесткое основание, а ролик, воспринимающий удар груза, установлен на каплю. Результат опыта меняется на противоположный при дробном ударе, когда поверхность ролика в исходном положении слегка касается капли ВВ или поднята над ней на малую высоту.

Механика дробного удара заключается в следующем. При соприкосновении падающего груза с роликом, последний приобретает скорость бòльшую, чем скорость груза. Поэтому по капле ВВ первоначально ударяет ролик, при отскоке которого возникают в жидкости растягивающие напряжения, вызывающие образование в жидкости кавитационных пузырьков, заполненных парами ВВ. Затем кавитационные пузырьки схлопываются при следующем ударе по жидкости ролика, который двигается уже одновременно с грузом. Кавитационные пузырьки имеют неправильную форму и воспламенение ими жидкого ВВ происходит по одному из рассмотренных выше механизмов.

В этой связи становится понятным, почему весьма опасна транспортировка жидких ВВ в ёмкостях. При перевозке за счет различного рода толчков в жидком ВВ образуется большое число кавитационных пузырьков, и достаточно одного резкого толчка, чтобы произошел взрыв.

При ударных воздействиях (включая слабые ударные волны) кавитационный механизм является, вероятно, основным механизмом инициирования жидких ВВ, имеющих вязкость одного порядка с вязкостью нитроглицерина, так как для его реализации достаточно удара с энергией всего в несколько джоулей. Такие энергии достигаются, например, при падении на пол бутылки, заполненной нитроглицерином, при котором фиксируются взрывы; в то время как для возбуждения взрыва нитроглицерина вследствие вязкого разогрева требуются повышенные значения энергии удара, составляющие сотни джоулей. Максимальное давление в этом случае достигает 1,0 ГПа, а скорость потока вещества - 100 м/с.

При любом механизме образования локальных очагов разогрева возбуждение взрывного процесса может произойти при условии деформации заряда ВВ, причем деформация должна протекать за сравнительно короткий промежуток времени, τ = 10^-3 с и менее.