質問

水蒸気爆発についてなのですが、
溶けた鉄が水に接触すると
爆発的な膨張は起きるのでしょうか?
又、爆発と呼べるのはどの程度の規模のことを
さすのでしょうか?たとえば10グラム程度の
溶けた鉄が水槽に落ちた場合などはどうでしょうか?

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回答 (4件)

物理の専門用語では水蒸気爆発とは、低沸点の液体と高温液体の液体-液体の接触により
起こる衝撃波をともなう急激な蒸発現象です。
水蒸気爆発の特徴は、起こった後に高温液が細粒化して凝固することと、衝撃波をとも
なうことです。
ただし、to-comasさんも書いているように分野によっては違う意味で用いられることも
多いようです。
地学でもマグマ水蒸気爆発というのがあり、こちらはマグマと地下水の液体-液体接触に
よる蒸発現象です。
よって解けた鉄(液体)と水の接触では、水が低沸点液体で、鉄が高温液体なので
水蒸気爆発がおこる可能性があります。
(起こるかどうかは確率的で必ず起こるわけではない)
量はとくに関係ありません。
具体的には高温液体に水などの低沸点液体がジェットとなって進入し、高温液体を細粒化
して、冷却します。
その時に低沸点液は蒸発するわけですが、高温液体が細粒化しているため、表面積が大き
くなり、急激に熱が伝わるため爆発的な蒸発となる現象です。
ちなみに、この現象は必ずしも高温で起こるわけではなく、液化天然ガス(-160℃)と
水が接触したときには、液化天然ガスが低沸点液体、水が高温液体となり水蒸気爆発を
起こすこともあります。

急激な膨張ではなく、急激な蒸発をするのです。

僕の客先では水蒸気爆発を利用した作業をしています。
セメント工場では石灰石の粉末をロータリー・キルンと言う回転式の釜で焼くのですが、
その前段階のプレ・ヒーターという釜も含めて内部に石灰石の粉がつもってしまいます。
真っ赤に焼けたそれに高圧水を噴射して除去します。
高圧水を吹き付けると、急に冷却されて表面にひびが入り、水は更に進入します。
内部に入った水は、そこも1000度以上の高熱の所ですから急激に蒸発します。
それが水蒸気爆発。何10センチも積もった灰は一気に取れてしまいます。
ちなみに冷えたところに高圧水を吹き付けても、なかなか取れません。

 水は気体になると液体のときの1000倍以上の体積になります。これは常識。では、爆発とはどういう現象でしょう。例えば火薬が酸素と反応すると急速に反応して大きな熱を出します。その熱で周囲の空気が瞬時に何百倍、何千倍の体積に膨張して周囲のものを吹き飛ばす現象、簡単に言えばこれが爆発と呼ばれるものです。水蒸気爆発は、水に高熱の物体を接触させたときに、その水が急速に気化することです。水は気化すると数千倍の体積になります。この気化する速度が非常に速くなると、これは爆発と呼べるものになります。これが水蒸気爆発です。
 さて、質問にあるように溶けた鉄が水槽に落ちるような場合、分散して落ちたら確実に、そうでなくてもかなり水が飛び散る程度の規模になるでしょう。量の問題もありますが。さらに、水素とのイオン化傾向の差により水から酸素を奪い取って水素ガスを発生させるので、火気があるとそこに引火するかもしれません。ただし、水蒸気爆発という現象によって引火することはありません。水蒸気爆発は水が気化することで起きるので、火薬の爆発のように反応熱が出ないためです。

 水蒸気爆発とは、火山の噴火活動のひとつで、地中のマグマの熱で地下水が熱せられてできた水蒸気が、どんどんと地中に溜まっていって、しだいに圧力を増しゆき、限界に達した時に、一気に地表を破って爆発する事です。 それ以外の意味ってあったかな?
 たしかに、高熱になったもの(たとえば炭)を水につけると、ジュボッて爆発みたいな感じはしますが、これって水蒸気爆発って言うのでしょうか?

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