Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Посмотреть оригинал

Переход горения газопаровоздушных смесей во взрыв

При определенных условиях процесс горения ГПВС переходит в детонацию и, соответственно, во взрыв. Рассмотрим механизм перехода горения в детонацию. Равномерное распространение пламени с постоянной скоростью происходит при зажигании лишь на начальном этапе. Затем горение идет с непрерывно нарастающей скоростью. Причиной самоускорения процесса является сжатие смеси в предфронтальной зоне горения.

Благодаря непрерывному повышению давления, а следовательно, плотности и температуры реакция в каждом последующем слое газа идет быстрее и заканчивается в более короткий промежуток времени. Повышение давления перед фронтом пламени происходит вследствие возникновения в газе волн сжатия, которые образуются из-за расширения продуктов горения. Пламя приводит в движение находящийся перед ним газ, действуя подобно поршню. Каждая последующая волна сжатия распространяется уже в более плотной среде и догоняет предыдущую. В результате наложения таких элементарных волн постепенно образуется достаточно крутой фронт ударной волны. По мере распространения пламени интенсивность ударной волны растет, а вместе с ней растет и скорость движения газа. Скорость распространения пламени относительно неподвижной смеси определяется скоростью пламени относительно движущегося газа и скоростью газа сжатого ударной волной. Возникновение волн сжатия было доказано экспериментально.

Таким образом, механизм перехода горения в детонацию состоит из нескольких слагаемых. Сначала горение вызывает движение газа и образование ударной волны (рис. 4.7).

Распределение давления в горящем газе

Рис. 4.7. Распределение давления в горящем газе

Вследствие этого распространение пламени осуществляется в сжатом и движущемся газе. По мере ускорения пламени растет и амплитуда ударной волны, вызывая последующее его ускорение, и т.д. Детонация возникает в тот момент, когда амплитуда (интенсивность) ударной волны достигает критического значения, при котором обеспечиваются воспламенение газа и постоянство режима на фронте волны за счет энергии химической реакции.

В нормальных условиях скорость пламени в самых быстрогорящих смесях не превышает 10 м/с. Однако при переходе горения в детонацию скорость пламени проходит через промежуточные значения порядка сотен метров в секунду. Эта скорость слишком велика для распространения за счет теплопроводности и слишком мала для распространения по детонационному механизму. Объяснить это можно исходя из условий протекания процессов в движущихся газах. Рассмотрим зависимость давления от скорости распространения горения (кривая Гюгония), представленную на рис. 4.8.

Кривая Гюгония

Рис. 4.8. Кривая Гюгония

Промежуточные значения скорости между детонацией и медленным горением находятся на участке ВС. Точка М соответствует процессу стационарной детонации; точка Т — процессу стационарного медленного горения, если пламя распространяется по газу, имеющему параметры P0V0. Когда давление на фронте ударной волны достигнет критического значения Ркр, при котором скорость ее станет равной скорости детонации, произойдет самовоспламенение сжатого газа, а состояние продуктов реакции будет соответствовать состоянию точки М. Только при этих условиях и следующей за ней реакцией процесс- распространение ударной волны станет стационарным.

Механизм перехода горения в детонацию для конденсированных систем ВВ принципиально нс отличается от механизма для газовых смесей. Однако переход в детонацию происходит при существенно отличных условиях. При горении конденсированных ВВ практически исключаются возникновение ударной волны и движение вещества впереди фронта пламени, формирование ударной волны происходит позади фронта пламени в горячих газообразных продуктах реакции. Характерной особенностью реакции горения конденсированных ВВ является резкое увеличение объема в зоне пламени при переходе вещества в газообразные продукты. При недостаточно быстром отводе газов давление в зоне реакции и скорость горения будут непрерывно повышаться. Когда скорость горения достигает критического значения, процесс переходит в детонацию. Горение ВВ может быть устойчивым, если газоприход (вследствие реакции) и газоотвод находятся в равновесии. Если скорость газоприхода будет выше газоотвода, то процесс будет ускоряться. Нарушение газового баланса WrM = 1ЕГ0, где Win — скорость газоприхода, равная скорости горения; Wro — скорость газоотвода, — важнейшая причина перехода горения в детонацию.

Согласно Ландау нарушение стационарного горения происходит в тех случаях, когда массовая скорость горения переходит некоторый предел:

где ак — поверхностное натяжение жидкости; g — ускорение силы тяжести; р — плотность газообразных продуктов; 8Ж — плотность жидкости.

Для большинства ВВ значение 1КГП составляет менее 0,25 г/(см2-с), кроме; нитроглицерина — 0,5-0,7 г/(см2-с); нитрогликоля — 0,096 г/(см2-с); ТЭН — 0,12 г/(см2-с); гексогена — 0,12 г/(см2 с); тротила — 0,04 г/(см2 с).

В условиях некомпенсированного газоотвода, характерного для заключенных в оболочку зарядов, за фронтом пламени образуется ударная волна с возрастающей в процессе горения амплитудой, вызывающая детонацию.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Дайте характеристику взрывчатых веществ.
  • 2. От чего зависит цепной взрыв?
  • 3. Каковы существенные особенности теплового взрыва?
  • 4. Опишите основные положения теории детонации.
  • 5. Охарактеризуйте влияния диаметра заряда, плотности, мощности начального импульса и других факторов па скорость детонации.
  • 6. Опишите механизм перехода горения газопаровоздушных смесей в детонацию.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы