Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Теория горения и взрыва

Основы теории детонации газов

Детонация газов имеет свои особенности, отличающие их от детонации жидких и твердых ВВ, связанные с 4 термодинамическими характеристиками газов: давлением – Р, объемом – V, температурой – Т и D – скоростью детонации:

(4.32)

(4.33)

(4.34)

Детонация газов может быть объяснена адиабатой Гюгонио (рис. 4.7).

Каждому значению V отвечает определенное Р; в совокупности они определяют кривую в плоскости (Р, V) – так называемую адиабату Гюгонио.

Адиабата Гюгонио

Рис. 4.7. Адиабата Гюгонио

Значение D, соответствующее V, можно определить по формуле

(4.35)

D зависит от наклона прямой, соединяющей точки Р, V и Р0, V0, . Величина D достигает минимума для со

стояния Б, которому на графике отвечает касание прямой НБ, приведенной из Н (Р0,V0)• Точка, на которой наблюдается минимальное значение скорости детонации, называется точкой Чепмена-Жуге.

Состояние, отвечающее минимальному значению скорости детонации, обладает рядом замечательных свойств: в этом состоянии достигается экстремум энтропии – минимум на адиабате Погонно. Скорость детонации в этом состоянии равна сумме скорости движения продуктов и скорости звука в них.

Минимальное значение скорости детонации получаем при

(4.36)

где U0 начальное состояние процессам – скорость реакции.

Тогда скорость распространения детонационной волны описывается уравнениями

(4.37)

при

и

где V – массовая скорость потока.

Таким образом, в режиме самопроизвольной детонации скорость распространения детонационной волны равна относительной скорости звука в продуктах детонации:

(4.38)

С другой стороны, если детонация не поддерживается за зоной реакции дополнительным сжатием, то вследствие разлета продуктов реакции возникает волна разрежения, догоняющая фронт со скоростью С + V:

(4.39)

Если С + V больше D, то волна разряжения догонит ударный фронт и процесс не будет стационарным.

Отсюда для стационарности распространения детонаций необходимо выполнение неравенства

(4.40)

Условия протекания химических реакций при детонации газов

В детонационной волне в реакцию вступает исходная смесь, не разбавленная продуктами. Протекание реакции сопровождается изменением состояния по своеобразному закону: реакция идет не при повышенном объеме или постоянном давлении, а при постоянной скорости распространения, что приводит к линейной связи давления и объема.

Выделение тепла сопровождается расширением, притом настолько значительным, что давление падает. На протяжении большей части реакции выделение тепла сопровождается ростом температуры. Несколько ранее конца реакции температура достигает максимума, и выделение последних порций тепла сопровождается столь сильным расширением, что температура несколько падает (на 100-200°С), теплоемкость меняет знак на отрицательный. Энтропия при возникновении тепла возрастает, достигая максимума как раз в момент окончания реакции.

В результате роста температуры и накопления активных центров ожидается рост скорости реакции в начальной стадии, и, наконец, скорость реакции уменьшается, приближается к нулю тогда, когда конденсация реагирующего вещества приближается к нулю или к термодинамической или равновесной диссоциации. Время химической реакции определяется в основном наиболее медленной ее стадией начального разгона и зависит от способности смеси к самовоспламенению и от температуры, достигаемой в ударной волне.

Сказанное можно продемонстрировать кривыми расширения температуры, давления, плотности и процентного содержания исходных и конечных продуктов реакции, представленными на рис. 4.8.

Графическое изображение условий протекания реакций

Рис. 4.8. Графическое изображение условий протекания реакций

Предел распространения детонации

Согласно теории при стационарном распространении детонации D < U + С, где U – скорость вещества; С – скорость звука.

По окончании реакции происходит охлаждение продуктов реакции;

Ход процессов после реакции не оказывает влияния на процесс волны.

Таким образом, границей волны следует считать то состояние, в котором

Учет потерь открывает возможность понять, в зависимости от каких факторов в одних взрывчатых системах может распространяться детонационная волна, в то время как в других она не распространяется, т.е. построить теорию предела распространения детонации.

Чем больше время химической реакции, тем больше уменьшение скорости детонации.

В свою очередь от скорости детонации зависят давление и температура. Снижение скорости детонации влечет понижение температуры, при которой должна начаться реакция.

Таким образом, в элементарной формулировке теория предела распространения сводится к трем уравнениям:

(4.42)

(4.43)

(4.44)

где Dт – теоретическая скорость детонации, вычисленная при отсутствии потерь; τ – время реакции; β – коэффициент, характеризующий потери; γ – постоянная, зависящая от состава смеси, характеризующая скорость реакции; Ту – температура сжатия в ударной волне; М – постоянная, зависящая от молекулярного веса смеси.

Первое уравнение описывает падение скорости детонации, зависящее от потерь в ходе реакции.

Второе – зависимость времени реакции от начальной температуры.

Третье – предельную зависимость температуры газа от скорости детонации.

Найдено, что для всех возможных режимов характерно малое изменение скорости, тем меньшее, чем сильнее зависимость скорости реакции от температуры, чем больше теплота активации:

(4.41)

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

Популярные страницы