Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow БЖД arrow ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА
Посмотреть оригинал

Основные положения теории детонации

Процессы взрывчатого превращения в зависимости от природы взрывчатых веществ (ВВ), условий инициирования и ряда других факторов могут протекать с различной скоростью и существенно отличаться по характеру. Все взрывные процессы можно разделить на две принципиально отличные формы: горение и взрыв.

Процессы горения протекают с переменной скоростью в зависимости от внешних условий, особенно от давления.

Скорость взрыва от внешних условий практически не зависит. Скорость горения всегда меньше, а скорость взрыва всегда больше скорости звука в исходном В В. В передаче горения по веществу определяющую роль играют законы теплопроводности, в передаче взрыва — ударная волна.

Горение при определенных условиях (критических) может скачкообразно переходить во взрыв. Процессы взрыва при определенных условиях могут протекать в форме детонации.

Детонация — наиболее совершенная форма взрыва, протекающая с постоянной и максимально возможной при заданных условиях для данного В В скоростью, является частным случаем, особой стационарной формой взрыва.

Взрыв представляет собой неустановившийся процесс, который при своем распространении либо переходит в детонацию, либо затухает. Неустановившиеся режимы взрыва характерны для участков заряда, прилегающих к месту инициирования. В настоящее время наиболее полно изучены процессы детонации, имеющие исключительное значение в технике применения инициирующих и бризантных ВВ. Большинство исследований относятся к газовым смесям. На основе этих исследований разработана теория детонационной волны, основные закономерности которой оказались применимы для жидких и твердых ВВ.

Явление детонации было открыто в 1881 г. Бертло и Вьель Маглер и Ле-Шателье при исследовании распространения пламени в трубах.

Первые опыты показали, что детонация распространяется с постоянной скоростью, достигающей для газовых смесей 3,5—4 км/с, что значительно выше скорости звука. Далее была разработана гидродинамическая теория детонации. Она позволила объяснить качественные особенности детонационных процессов и рассчитать все параметры (скорость, давление, плотность, температуру, энергию) детонационной волны.

Основоположником гидродинамической теории детонации является российский физик В. А. Михельсон (1889). Дальнейшее развитие, применительно к газовым и конденсированным ВВ, гидродинамическая теория получила в работах Л. Д. Ландау, Я. Б. Зельдовича, А. А. Гриба, Г. И. Саломахина и др.

Согласно гидродинамической теории передача детонации обусловлена распространением по ВВ ударной волны. Если амплитуда на фронте этой волны больше некоторой величины, то при своем распространении волна способна возбуждать интенсивную химическую реакцию, за счет энергии которой поддерживается постоянство параметров волны. Таким образом, скорость детонации может быть рассчитана как скорость распространения ударной волны по взрывчатому веществу. Детонационная волна, проходя по ВВ, не затухает: она поддерживается энергией, выделяемой в результате химической реакции. Когда ударный фронт проходит через вещество, оно почти мгновенно нагревается до температуры в несколько тысяч градусов (около 4000°С). При такой температуре реакция идет с большой скоростью. Она начинается сразу же за фронтом и заканчивается очень быстро. Время ее протекания равно нескольким десяткам наносекунд. Толщина зоны реакции составляет примерно несколько десятков микрометров (30 мкм). Ударный фронт и следующая за ним зона реакции имеют определенную конфигурацию. Этот процесс (рис. 4.3) и называется детонационной волной, а скорость ее распространения — скоростью детонации (D).

Схема детонационной волны

Рис. 4.3. Схема детонационной волны

Распространение детонации существенно зависит от ряда факторов: примесей, геометрии, плотности ВВ и др. Условия протекания химической реакции в детонационной волне в значительной степени зависят от физических свойств и состава В В.

Согласно теории Харитона существует три механизма химических реакций в зоне детонации: ударный, баллистический и смесевой.

  • • При ударном механизме ВВ сначала претерпевает сжатие и разогрев, а затем химическое превращение. Причем В В считается гомогенным, и химическая реакция протекает во всем объеме вещества, находящегося в зоне превращения. Этот механизм характерен для газообразных и жидких В В.
  • • При баллистическом механизме продукты взрыва образуются путем сгорания отдельных частиц вещества. При этом предполагается, что химическому превращению подвергается гомогенное вещество, но превращение идет не по всему объему, а лишь в тонком поверхностном слое отдельных сгорающих частиц. Этот тип реакции является основным при детонации твердых ВВ.

При прохождении фронта ударной волны в твердом В В возникают многочисленные очаги химической реакции. Газообразные продукты их превращения охватывают зерна вещества, которые быстро сгорают в условиях высоких температур и давлений.

Рассмотрим наиболее простой случай мономолекуляр- ной реакции:

где VIф — скорость реакции у фронта детонационной волны; Z = 1011—1014, с-1; Тф — температура у фронта детонационной волны.

Большая скорость реакции на фронте детонационной волны обеспечивает адиабатический характер процесса. Выделяющаяся при этом энергия расходуется на повышение температуры и давления, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости реакции и снижению времени ее протекания:

где т — время; Те величина, близкая к температуре взрыва.

Между предельным диаметром ВВ и скоростью реакции существует связь:

где И д — скорость детонации ВВ при данной плотности.

  • • При смесевом механизме реакция на уровне детонационной волны является результатом взаимодействия двух или нескольких веществ, не находящихся в молекулярном контакте. Этот механизм характерен для гетерогенных взрывчатых систем и взрывчатых смесей. Процесс развивается, как правило, по следующей схеме (для примера возьмем аммонийную селитру):
  • — сначала происходит разложение ВВ с образованием окисляющих агентов

— затем горючие компоненты взрывчатой смеси взаимодействуют с NO. На этой фазе реакции выделяется часть теплоты взрыва. Естественно, что одним из важнейших условий увеличения скорости реакции на фронте детонационной волны, а соответственно, и мощности ВВ, его геометрии (d), является тщательность смешения составных компонентов (это относится и к аммонитам, и к динамитам).

Существует мнение, что распространение процесса детонации происходит не за счет ударной волны, а в результате струйчато-пробивного механизма возбуждения химической реакции. Согласно этому механизму при детонации происходят пробой и поджигание впереди лежащих слоев ВВ.

Однако известно, что передача детонации легко осуществляется через прослойки металла, воды и других плотных сред. Очевидно, что инициирование взрыва в основном происходит лишь под непосредственным воздействием ударной волны.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы