Андреев Е.И. Основы естественной энергетики

Подождите немного. Документ загружается.

251

для соответствующей защиты от них зданий и сооружений, уста-

новок и людей.

Вот как рассматривает классическая теория (А.А. Хво-

стов) горение и взрыв, например, природного газа (метан)

при аварийной утечке сжиженного природного газа (СПГ).

Нормальное горение. Нормальное горение осуществля-

ется обычно с малыми скоростями (менее 1 м/с) и не представ-

ляет существенной опасности по механическому действию

(волны сжатия малой амплитуды). Поэтому при аварийной си-

туации, связанной с утечкой СПГ и сопровождающейся вос-

пламенением горюче-воздушной смеси (ГВС), возникают вопро-

сы только пожаробезопасности.

Дефлаграционное горение. Дефлаграционное горение

характеризуется большими скоростями (70 – 250 м/с), чем

нормальное горение. Данное горение рассматривается боль-

шинством специалистов как наиболее вероятная аварийная

ситуация при утечке и воспламенении СПГ. Обычно, в рас-

четных формулах при определении избыточного давления

Р~ рW

(где р – плотность исходной смеси, W – скорость рас-

пространения пламени). Например, для скорости W=150 м/с

избыточное давление в волне сжатия составит величину

Р~28 кПа. Реализация сценария аварии, сопровождающейся

дефлаграционным горением, может, приводить к разрушению

зданий и гибели людей. При этом наиболее опасные последствия

могут реализоваться при переходе дефлаграции в детонацию.

Взрывное горение. Взрывное горение – промежуточное

взрывное превращение между дефлаграцией и детонацией (реа-

лизуется при скоростях горения от 250 до 1500 м/с). Взрывное

горение сопровождается механическими нагрузками в воз-

душной ударной волне (ВУВ) с Р~100 кПа и более, что

представляет существенную опасность, как для строений, так и

для людей.

252

Детонация. Детонационный режим взрывного превраще-

ния ГВС характеризуется постоянной скоростью распростране-

ния детонационной волны (1800 – 2200м/с) и значительными

механическими нагрузками. Для метана, который представляет

основной компонент СПГ параметры взрыва стехиометрической

смеси с воздухом следующие:

Температура взрыва – 2045° С

Скорость детонации – 1764 м/с

Избыточное давление на фронте детонационной волны –

15,9 кгс/см

В таблице 10.1. представлены расчетные данные по рас-

стояниям К на которых давление в ВУВ будет составлять

Р = 1 кгс/см

и Р = 0,2 кгс/см

при реализации детонацион-

ного режима взрывного превращения ГВС на основе СПГ для

различных масс горючего в аварийном облаке.

Таблица 10.1.

Масса горючего в облаке ГВС на базе СПГ, т

0,6

R,P=1 кгс/см

180

100

R,Р=0,2 кгс/см

440

260

200

120

100

Примечание. Избыточное давление в ВУВ Р = 1 кгс/см

приво-

дит к сильному разрушению зданий всех типов, а также гибе-

ли людей; Р=0,2кгс/см

легкие повреждения зданий и авто-

транспорта.

Переход горения в детонацию. Наиболее просто переход

горения в детонацию осуществляется в каналах (обычно это

расстояние составляет от 6 до 60 калибров канала), а также в

замкнутых объемах. Однако, возможен переход горения в де-

тонацию и в свободном пространстве при наличии стесненных

обстоятельств на объекте и сильной турбулентности потока

253

ГВС, что подтверждает Уфимская авария 1989 года, когда про-

изошел взрыв природного нефтяного газа (ПНГ) при встрече

двух поездов.

Возбуждение горения и детонации. Температура самовос-

пламенения для стехиометрической смеси СПГ с воздухом при

атмосферном давлении составляет –650°С. Для возбуждения

горения указанной ГВС достаточна мощность искры порядка не-

скольких мДж. Для возбуждения детонации в смеси метана с

воздухом достаточно заряда тротила весом 1,5 до 1000 г. При

этом следует отметить, что увеличение процентного содер-

жания кислорода в ГВС ведет к уменьшению энергии возбужде-

ния горения или детонации.

10.2. Механизм горения топлива.

В классической термодинамике и термохимии вопрос

об источнике энергии при горении органического топлива

даже не ставится. Теплотворная способность принимается

как само собой разумеющееся, данное природой свойство

горючего вещества – топлива. В 1994 году впервые было

опубликовано обоснование механизма энерговыделения /2/,

который оказался одинаковым для органического и ядерно-

го топлива; электрических и лазерных установок; для высо-

коинтенсивных взрывных процессов и внешне спокойно те-

кущих процессов энерговыделения в живых организмах.

Основу механизма получения энергии составляет

электродинамическое взаимодействие свободных электро-

нов с атомами вещества, при котором отрицательно заря-

женный электрон вырывает из атома значительно более

мелкую положительно заряженную частицу. Эйнштейн в

свое время был близок к установлению ее массы, которую

можно определить непосредственно из его знаменитой

формулы Е=mс

, если ее считать корректной и дополнить

формулой Планка, Е=mс

=hν=hс/λ. Отсюда m = h / (с λ) =

254

= 6,626268∙10

-34

/(2,9979246∙10

× 4∙10

-7

) = 5,5257128∙10

-36

кг.

Как видно, самая маленькая элементарная частица – элек-

трино –по массе на 5 порядков меньше электрона. Она в

6 раз меньше его по диаметру, более чем в 600 раз – по

плотности и удельному электрическому заряду. Из условия

баланса в веществе положительных и отрицательных элек-

трических зарядов на каждый электрон приходится пример-

но 10

мелких частиц, которые по массе составляют 99,83%

любого вещества; остальное 0,17% – электроны. Что мы

знали о веществе, если не были известны характеристики

99,83% его состава?

Анализ процесса горения показывает, что электрон в

плазме пламени, обладающий наибольшим электрическим

потенциалом, устанавливает свой порядок, выстраивая во-

круг себя сферу из 595 атомов кислорода. В этой электрон-

ной глобуле электрон взаимодействует с каждым атомом,

вырывая при каждом акте взаимодействия из одного атома

одну мелкую частицу – электрино, после чего атом покида-

ет глобулу и замещается .новым. Всего каждый атом кисло-

рода 286 раз вступает во взаимодействие с электроном, на-

ходящимся в центре глобулы, и теряет, соответственно,

286 мелких частиц – электрино. Испытывая совершенно по-

нятный по смыслу дефект массы.

Электрино в акте взаимодействия с электроном выле-

тает из атома со скоростью порядка 10

м/с и мечется внут-

ри электронной глобулы, отдавая соседям свою кинетиче-

скую энергию. Уменьшив свою скорость до скорости света,

электрино с пламенем удаляется за пределы зоны реакции.

После взаимодействия, электроны и атомы в полном соста-

ве переходят в продукты сгорания, в том числе, в СО

. Атом

кислорода, как видно, «портится», теряя часть своей массы

в количестве 10

-6

%, но затем восстанавливается в природ-

ных условиях. Все это подтверждено расчетом и опытом.

255

Какая же роль топлива? Топливо является донором

электронов. Дело в том, что химическая реакция, например

С + О

=СO

, требует трех электронов связи для молекулы

СO

. Но при делении молекулы кислорода на атомы высво-

бождается один электрон связи, который становится сво-

бодным электроном. А для того, чтобы реакция горения не

прекратилась, нужно три электрона – для связи атомов в

молекулы продуктов реакции. Отдавая 286 электрино от

каждого атома, кислород претерпевает частичный распад,

испытывая совершенно незначительный дефицит массы и,

соответственно, долю энергии полного распада – всего

4,27∙10

-6

%. Для полного распада кислорода потребовалось

бы одновременно 16 электронов на каждый атом кислорода,

чтобы обеспечивалась незатухающая ядерная реакция его

распада с коэффициентом размножения, равным трем, как в

обычной, урановой, ядерной реакции. То есть, интенсив-

ность горения по сравнению с полным распадом составляет

1/16 по количеству электронов на один атом кислорода.

Нет вещества в природе, которое не могло бы быть

подвергнуто распаду на элементарные частицы с выделени-

ем энергии описанным способом, который назван фазовым

переходом высшего рода (ФПВР). При полном распаде лю-

бого вещества на элементарные частицы выделяется энер-

гия в количестве 3,2885351∙10

Дж/кг. Это энергия их связи;

в этом смысле каждое вещество является природным акку-

мулятором энергии связи элементарных частиц.

Как видно из приведенного описания, обычное горе-

ние органического топлива в своей основе является атомной

реакцией. Необходимыми условиями ее проведения явля-

ются: наличие плазмы – как состояния раздробленного ве-

щества (хотя бы на атомы); наличие достаточного количест-

ва электронов – генераторов энергии. В связи с тем, что

атомы в молекуле азота имеют более прочную связь (два

256

электрона связи), чем атомы в молекуле кислорода (один

электрон связи), энергии пламени недостаточно, чтобы разру-

шить молекулу азота, и он остается балластом в обычной реак-

ции горения.

Если в атмосферном воздухе каким-либо способом создать

плазму с деструкцией не только кислорода, но и азота, то в

этой плазме будет происходить описанный выше ФПВР с

частичным распадом атомов и кислорода и азота воздуха и

выделением указанного количества энергии. Поскольку соот-

ношение количества кислорода и азота в воздухе составляет

примерно 1/5, то по балансу количества атомов, обеспечен-

ных каждый по одному электрону – генератору, требуется

10 электронов для азота и 2 для кислорода. Атомы азота

обеспечиваются своими электронами связи, а из двух атомов

молекулы кислорода только один обеспечивается своим элек-

троном связи, а другой должен обеспечиваться электроном от

донора – топлива. В случае распада в атмосферном воздухе и

кислорода и азота должно выделяться энергии примерно до

12/2 = 6 раз больше, чем при обычном горении.

При избытке электронов может происходить не только

частичный, но и полный распад молекул и атомов атмосфер-

ного воздуха с выделением соответствующего количества

энергии. Такие процессы происходили, например, при тер-

моядерных взрывах, мощность которых «неведомым» обра-

зом была на 2...3 порядка выше расчетной. Теперь этому есть

объяснение.

Незначительный дефицит массы при частичном распаде

кислорода в реакции горения позволяет сохранить химические

свойства реагентов и образовать продукты реакции с сохране-

нием и использованием полного состава атомов, нейтронов

и элементарных частиц (электронов и электрино), за исключе-

нием излученных электрино. Поэтому никаких ионизирующих

радиоактивных излучений при горении не наблюдается, так как

257

нечему излучаться: все частицы использованы в реакции без

остатка в стабильных веществах, а излученные электрино, оста-

ваясь теми же мелкими частицами – электрино, но с меньшей

скоростью и энергией, в конечном итоге превращаются в фо-

тоны, оптического и теплового диапазона излучений, который,

как известно, не является радиоактивным и ионизирующим

вследствие недостаточной для этого энергии фотонов.

10.3. Роль топлива в процессе горения.

Обычное горение. В воздухе на одну молекулу кисло-

рода приходится примерно 4 молекулы азота. При распаде

молекулы кислорода на два атома освобождается один элек-

трон связи, который становится свободным и может рабо-

тать как электрон –генератор энергии, взаимодействуя с

электронной глобулой из атомов кислорода. Для связи ато-

мов в молекулы продуктов реакции необходимы еще элек-

троны. Их поставляет топливо, как донор электронов.

Из основной химической реакции обычного горения

С + О

= СО

и учете того, что в молекуле углекислого газа

имеется три электрона связи ее атомов, следует, что топли-

во поставляет в расчете на одну молекулу кислорода два

электрона. Учитывая, что в плазме каждая молекула кисло-

рода поставляет один электрон, а топливо поставляет еще

два, и стало три электрона, в целом их количество увеличи-

лось в три раза (было – 1, стало – 3). Эти три электрона,

имея мощнейший отрицательный электрический заряд, яв-

ляются сильнейшими нейтрализаторами потоков положи-

тельных заряженных частиц, возбуждающих и поддержи-

вающих реакцию горения, в том числе:

- в электрическом разряде – искре;

- в плазме при воспламенении топлива.

И если положительных частиц достаточно для ослаб-

ления межатомных связей и разрушения молекул кислорода

258

и топлива, образования плазмы и горения с окислением до СО

то их недостаточно для разрушения молекул азота. Они на-

столько связываются электронами, что при наличии топлива до

разрушения азота, имеющего в два раза более прочную связь

атомов, чем у кислорода, дело просто не доходит. Как видно,

топливо является главным препятствием для возбуждения

азотной реакции. Топливо нейтрализует положительные излу-

чения, инициирующие разрушение особенно крепких молекул

азота и направляет горение на образование СО

, поглощающе-

го его избыточные, по отношению к воздуху, электроны. А

азот остается балластом при обычном горении.

Азотная реакция. Количество электронов, высвобож-

даемое при распаде одной молекулы кислорода и 4-х молекул

азота, составляет 9 штук. В то же время, если предположить,

что из четырех молекул азота 4×28 = 112 образовалось

112 : 16 = 7 атомов кислорода, то общее количество атомов

кислорода (9 штук) и количество электронов совпадает друг с

другом. В этом случае для азотной реакции с образованием, на-

пример, 4-х молекул воды, дополнительных электронов, а,

следовательно, и топлива, – не нужно. Более того, как указа-

но выше, при наличии топлива азотная реакция вообще не

возникает, и не возникнет, так как топливо своими электро-

нами нейтрализует все избыточные положительные излучения,

необходимые для разрушения молекул азота. Поскольку в дейст-

вующих автомобилях топливо нужно для пуска на холостом

ходу, то практика их настройки на азотный цикл показывает,

что он возникает только при очень обедненной топливовоздуш-

ной смеси. Если мощность холостого хода ~10%, то соотно-

шение топливо – воздух должно быть ~0,1/15 = 1/150.

Можно ли при азотной реакции горения совсем обойтись

без топлива и почему?

1. Как только что выяснили, для самой азотной реакции то-

пливо не нужно.

259

2. Для пуска существующих ДВС топливо нужно (в ма-

лом количестве); для пуска ДВС на азотном цикле, видимо, по-

требуется модернизировать (усилить) пусковые устройства, –

тогда топливо для пуска будет не нужно.

3. Для создания плазмы слабую искру в существующих ав-

томобилях дополняют легковоспламеняемым топливом. В азот-

ном цикле воспламенение в цилиндре ДВС как такового вооб-

ще нет: нужна плазма (горячая или холодная), как раздроб-

ленное состояние воздуха. Это достигается, например, усилен-

ной искрой или другим инициирующим возбуждением, которые

описаны в /1/.

4. В азотном цикле топливо, как донор, для добавки элек-

тронов в топливовоздушную смесь не нужно, так как количест-

во электронов достаточно для обеспечения всех атомов в плазме.

5. Топливо – главный «душитель» азотной реакции,

вследствие нейтрализации его электронами всех избыточных

положительно заряженных частиц в излучениях, необходимых

для разрушения молекул азота.

6. Топливо усложняет конструкцию ДВС. Лучший кар-

бюратор – это когда его нет и нет системы топливоподачи. А

регулировка оборотов производится одной заслонкой на вса-

сывание двигателя. Когда топлива нет, конструкция и управле-

ние двигателем – проще.

7. При азотной реакции в том же объеме цилиндров дви-

гателя его мощность возрастает в 5...6 раз. Во столько же раз

можно уменьшить расход воздуха или количество цилиндров,

оставив мощность прежней. Исключается и расход топлива. Все

это увеличивает экономический эффект.

8. Отсутствие на выходе ДВС вредных веществ и рас-

хода топлива улучшает экологию при его эксплуатации по

сравнению с существующими двигателями.

9. При азотной реакции нет необходимости менять конст-

рукцию ДВС.

260

10. При азотной реакции нет необходимости совершенство-

вать ДВС, так как КПД не имеет особого значения, ибо энергия

дается от воздуха, как доступного топлива, имеющегося без

ущерба для природы в достаточном количестве.

Как показывают эти 10 причин отказа от топлива, оно не

только не нужно, оно еще и вредно. Отсутствие же топлива

делает двигатель предельно простым и надежным, мощным и

экономичным.

10.4. Единый механизм взрыва.

10.4.1. Твердые взрывчатые вещества (ВВ).

В твердом веществе, в том числе, во взрывчатом веще-

стве (ВВ), в результате инициирующего воздействия от де-

тонатора первоначально в малом объеме вещества образу-

ется локальная зона с высокими параметрами (температура,

давление), в которой подведенной энергии достаточно, что-

бы произошло разрушение вещества на отдельные молеку-

лы и атомы в виде плазмы.

В каждой такой зоне из точки начала реакции (эпицен-

тра взрыва) пойдет детонационная волна. За волной давле-

ния следует волна разрежения. На фронте волны молекулы

разрушаются на атомы вследствие высоких динамических

параметров, превышающих предел прочности молекулы, а

не разрушенные – активируются. В зоне разрежения моле-

кула еще активирована, то есть имеет высокую температуру

и давление, поэтому встречая внезапный резкий сброс дав-

ления распадается на атомы за счет разности давлений

внутри и вне ее.

В плазме освобождающиеся электроны связи стано-

вятся свободными электронами – генераторами энергии по

алгоритму, описанному для процесса горения. Электрон

вырывает из атома мелкую частицу – электрино; электрино