Deflagration
Eine Deflagration (von lateinisch deflagrare = abbrennen) ist ein relativ schneller Verbrennungsvorgang, der umgangssprachlich auch „Verpuffung“ genannt wird. Explosionen mit ihrer Detonationsgeschwindigkeit sind deutlich schneller.
Eigenschaften der Deflagration
Eine Deflagration ist ein schneller Verbrennungsvorgang, bei dem der Explosionsdruck nur durch die entstehenden und sich ausdehnenden Gase hervorgerufen wird. Die Fortpflanzung geschieht durch die bei der Reaktion freiwerdende Wärme, anders gesagt erfolgt die Zündung des unverbrannten Gemisches durch Aufheizung des Gemisches in der Flammenfront.[1]
Bei einer Deflagration liegt der Verbrennungsdruck (in Luft unter atmosphärischen Ausgangsbedingungen) zumeist in der Größenordnung von 1 MPa (10 bar), kann jedoch abhängig vom Brennstoff höher sein (etwa bei nuklearen Reaktionen; siehe auch Supernova). Die Verbrennung verläuft mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit im verbrennenden Medium.[2]
Bei höheren Geschwindigkeiten spricht man von einer Detonation, wobei sich der Verbrennungsmechanismus von der Aufheizung des unverbrannten Gemisches zur stoßwelleninduzierten Verbrennung wandelt. Detonationen in Rohrleitungen können Drücke zur Folge haben, die die Explosionsdrücke bei Deflagrationen um ein Vielfaches übersteigen. Bei der Detonation überlagert sich die Druckwelle mit der bei der Explosionsreaktion entstehenden temperaturbedingten Volumenausdehnung.[3]
Im deutschen Sprachraum wird als Deflagration auch die selbsttätig fortlaufende Zersetzung eines Feststoffes bezeichnet, die mit einer Wärme- oder Gasfreisetzung einhergehen kann.[4] Unter einer Deflagration versteht man auch eine Zersetzungsreaktion unter Abwesenheit von Sauerstoff.
Verpuffung
Von einer Verpuffung wird unwissenschaftlich gesprochen, wenn es durch die Verbrennungsreaktion zwar zu einer Volumenerweiterung, nicht aber zu einem relevanten Druckaufbau kommt. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und die damit verbundene Ausdehnung bzw. Verdichtung der entstehenden Gase kann hier eine Geschwindigkeit von 0,01 m/s – 1 m/s annehmen.[5] Die frühere Definition eines maximalen Druckes von unter 100 kPa (1 bar) ist nicht mehr gebräuchlich.
Beispielhaft sind Verpuffungen in Feuerungsanlagen, in denen bei fehlender Vorbelüftung (unverbrannte Brennstoffe) oder durch unvollständige Verbrennung (Kohlenstoffmonoxid-Bildung) eine gefährliche explosive Atmosphäre auftreten kann. Wird diese Atmosphäre an einer heißen Oberfläche oder beim wiederholten Brennerstarten durchgezündet, entsteht eine Druckwelle, die zum Kamin hin und ggf. über Explosionsklappen zum Teil entspannt wird. Da die Brennräume in der Regel nicht für eine Druckbelastung ausgelegt sind, können Verpuffungen erhebliche Schäden hervorrufen.
Siehe auch
Literatur
- Paul A. Tipler, Gene Mosca, Jenny Wagner (Hrsg.): Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. 7. Auflage. Springer Spektrum Fachverlag, Berlin/ Heidelberg 2015, ISBN 978-3-642-54165-0.
- Stephan Löhmer: Risikominimierung durch Brand- und Explosionsschutz. ETH Verlag, Zürich 1995, ISBN 3-7281-2194-0.
- Roy Bergdoll, Sebastian Breitenbach: Die Roten Hefte, Heft 1 – Verbrennen und Löschen. 18. Auflage. Kohlhammer, Stuttgart 2019, ISBN 978-3-17-026968-2.
Weblinks
- Grundlagen zum Explosionsschutz für Einsteiger (abgerufen am 13. Februar 2020)
- Deflagration-to-Detonation Transition and Detonation Propagation in H2-Air Mixtures with Transverse Concentration Gradients (abgerufen am 13. Februar 2020)
- Flame Acceleration and Deflagration-to-Detonation Transition in Nuclear Safety (abgerufen am 13. Februar 2020)
- Ausbreitung von Deflagrationen in geschlossenen langen Rohrleitungen (abgerufen am 13. Februar 2020)
- Auswirkungsbetrachtungen bei störungsbedingten Stoff- und Energiefreisetzungen in der Prozessindustrie (abgerufen am 13. Februar 2020)
Einzelnachweise
- Florian Anton Ettner: Effiziente numerische Simulation des Deflagrations–Detonations–Übergangs. Genehmigte Dissertation an der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München, München 2013, Online (abgerufen am 4. September 2020)
- Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.): Bekanntmachung einer sicherheitstechnischen Regel der Kommission für Anlagensicherheit (TRAS 410 – Erkennen und Beherrschen exothermer chemischer Reaktionen) Vom 9. Oktober 2012 Online (abgerufen am 10. September 2020)
- Andreas Eder: Brennverhalten schallnaher und überschall-schneller Wasserstoff-Luft Flammen. Genehmigte Dissertation an der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München, München 2001, Online (abgerufen am 4. September 2020)
- Expertenkommission für Sicherheit in der Chemischen Industrie der Schweiz (ESCIS) (Hrsg.): Sicherheitstests für Chemikalien. 1. Band, 4. überarbeitete Auflage, Basel 1998, S. 21–24. Online (abgerufen am 10. September 2020)
- Explosion. In: Schülerduden Chemie.