Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Теорія горіння та вибуху

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Основи теорії детонації газів

Детонація газів має свої особливості, що відрізняють їх від детонації рідких і твердих ВВ, пов'язані з 4 термодинамічними характеристиками газів: тиском - Р, об'ємом - V, температурою - Т і D - швидкістю детонації:

(4.32)

(4.33)

(4.34)

Детонація газів може бути пояснена адіабати Гюгоньо (рис. 4.7).

Кожному значенню V відповідає певне Р; в сукупності вони визначають криву в площині (Р, V) - так звану Адіабата Гюгоньо.

Адиабата Гюгоньо

Рис. 4.7. Адиабата Гюгоньо

Значення D, відповідне V, можна визначити за формулою

(4.35)

D залежить від нахилу прямої, що з'єднує точки Р, V і Р 0, V0,. Величина D досягає мінімуму для зі

стояння Б, якому на графіку відповідає торкання прямий НБ, наведеною з Н (Р0, V0) • Точка, на якій спостерігається мінімальне значення швидкості детонації, називається точкою Чепмена-Жуге.

Стан, що відповідає мінімальному значенню швидкості детонації, володіє рядом чудових властивостей: в цьому стані досягається екстремум ентропії - мінімум на адіабаті погонах. Швидкість детонації в цьому стані дорівнює сумі швидкості руху продуктів і швидкості звуку в них.

Мінімальне значення швидкості детонації отримуємо при

(4.36)

де U 0 - початковий стан процесам - швидкість реакції.

Тоді швидкість поширення детонаційної хвилі описується рівняннями

(4.37)

при

і

де V - масова швидкість потоку.

Таким чином, в режимі мимовільної детонації швидкість поширення детонаційної хвилі дорівнює відносній швидкості звуку в продуктах детонації:

(4.38)

З іншого боку, якщо детонація Не підтримується за зоною реакції додатковим стисненням, то внаслідок розльоту продуктів реакції виникає хвиля розрідження, наздоганяльна фронт зі швидкістю С + V:

(4.39)

Якщо С + V більше D, то хвиля розрядження наздожене ударний фронт і процес не буде стаціонарним.

Звідси для стаціонарності поширення детонацій необхідно виконання нерівності

(4.40)

Умови протікання хімічних реакцій при детонації газів

У детонаційній хвилі в реакцію вступає вихідна суміш, що не розбавлена продуктами. Протікання реакції супроводжується зміною стану за своєрідним законом: реакція йде не при підвищеному обсязі або постійному тиску, а при постійній швидкості поширення, що призводить до лінійного зв'язку тиску та об'єму.

Виділення тепла супроводжується розширенням, притому настільки значним, що тиск падає. Протягом більшої частини реакції виділення тепла супроводжується зростанням температури. Дещо раніше кінця реакції температура досягає максимуму, і виділення останніх порцій тепла супроводжується настільки сильним розширенням, що температура дещо падає (на 100-200 ° С), теплоємність змінює знак на негативний. Ентропія при виникненні тепла зростає, досягаючи максимуму якраз в момент закінчення реакції.

У результаті зростання температури та накопичення активних центрів очікується зростання швидкості реакції в початковій стадії, і, нарешті, швидкість реакції зменшується, наближається до нуля тоді, коли конденсація реагує речовини наближається до нуля або до термодинамічної або рівноважної дисоціації. Час хімічної реакції визначається в основному найбільш повільної її стадією початкового розгону і залежить від здатності суміші до самозаймання і від температури, що досягається в ударній хвилі.

Сказане можна продемонструвати кривими розширення температури, тиску, щільності і процентного вмісту вихідних і кінцевих продуктів реакції, представленими на рис. 4.8.

Графічне зображення умов протікання реакцій

Рис. 4.8. Графічне зображення умов протікання реакцій

Межа поширення детонації

Відповідно до теорії при стаціонарному поширенні детонації D <U + С, де U - швидкість речовини; С - швидкість звуку.

По закінченні реакції відбувається охолодження продуктів реакції;

Хід процесів після реакції не робить впливу на процес хвилі.

Таким чином, межею хвилі слід вважати той стан, в якому

Облік втрат відкриває можливість зрозуміти, в залежності від яких чинників в одних вибухових системах може поширюватися детонаційна хвиля, в той час як в інших вона не поширюється, тобто побудувати теорію межі поширення детонації.

Чим більше час хімічної реакції, тим більше зменшення швидкості детонації.

У свою чергу від швидкості детонації залежать тиск і температура. Зниження швидкості детонації тягне зниження температури, при якій повинна початися реакція.

Таким чином, в елементарній формулюванні теорія межі поширення зводиться до трьох рівнянь:

(4.42)

(4.43)

(4.44)

де Dт - теоретична швидкість детонації, обчислена за відсутності втрат; τ - час реакції; β - коефіцієнт, що характеризує втрати; γ - постійна, що залежить від складу суміші, що характеризує швидкість реакції; Т у - температура стиснення в ударній хвилі; М - постійна, що залежить від молекулярного ваги суміші.

Перше рівняння описує падіння швидкості детонації, залежне від втрат в ході реакції.

Друге - залежність часу реакції від початкової температури.

Третє - граничну залежність температури газу від швидкості детонації.

Знайдено, що для всіх можливих режимів характерно мале зміна швидкості, тим менша, чим сильніше залежність швидкості реакції від температури, чим більше теплота активації:

(4.41)

 
<<   ЗМІСТ   >>