Лекция № 10. Ударные волны и детонация

Цели лекции: Ознакомить студентов с основными закономерностями процессов распространения горения по газопаровоздушным смесям, детонационным режимом горения, ударными волнами.

План лекции

1. Предельные режимы дефлаграционного горения.

2. Взрывы, возникновение ударных волн.

3. Особенности детонации газопаровоздушных систем.

4. Тротиловый эквивалент.

1. Предельные режимы дефлаграционного горения.

Теория дефлаграционного горения не накладывает никаких ограничений на температуру горения газопаровоздушных смесей, а значит, и на величину нормальной скорости распространения пламени. Теоретически температура горения Тг может снижаться вплоть до температуры исходной горючей смеси Т0. Однако в действительности это не так. До сих пор мы учитывали расход теплоты горения только на нагрев горючей смеси теплопроводностью в зоне подогрева фронта пламени. На самом же деле в реальных горючих системах существенную роль играют еще и другие виды теплопотерь из зоны горения. Все зависит от формы и, особенно, от поперечного сечения сосуда, емкости или аппарата с горючей смесью.

Классическая тепловая теория распространения пламени позволяет оценить величину дополнительных тепловых потерь из зоны горения как в стенку, так и на излучение, и учесть их при расчетах скорости распространения пламени. Величина этих потерь может достигать 40 % от Qн.

Тепловая теория позволяет сделать еще один очень важный для практики вывод: кинетические закономерности накладывают очень жесткие ограничения на процессы горения и распространения пламени, а именно, при снижении температуры горения в результате теплопотерь на величину q = RT2/E (характеристический интервал температуры) скорость химических реакций, а значит, и скорость распространения пламени, снижается в e раз, и горение прекращается.

Это значит, что существует критическое значение uн(кр), которое равно:

(1)

Критическую скорость распространения пламени можно оценить по

следующему выражению:

(2)

Расчеты и эксперименты показывают, что критическое значение нормальной скорости распространения пламени составляет примерно 0,04 м/с. С меньшей скоростью пламя распространяться не может ни в какой горючей системе.

По скоростным параметрам все процессы химических превращений, происходящие при горении и взрыве можно разделить на следующие:

1. Горение. Эти процессы протекают со скоростями от долей миллиметра до десятков метров в секунду. Это процессы медленного горения горючих взрывчатых веществ (ВВ).

Для этих процессов передача теплового потока от слоя к слою совершается в основном по механизму теплопроводности и диффузии тепловых флуктуаций.

2. Дефлаграция. Это переходный режим от горения к взрыву. Единой точки зрения на пределы скоростных параметров до сих пор не существует. Ориентировочно можно считать значения от 700-800 м/с до 2500 /с.

При взрыве и детонации передача теплового потока от слоя к слою совершается в основном за счет сжатия.

3. Взрыв. При таком режиме скорости химических превращений лежат за пределами дефлаграции и характеризуются значениями от 2000 м/с до 10-12 тысяч м/с в зависимости от типа ВВ или другой горючей системы, например, газо- или паровоздушной смеси, а также условий инициирования.

4. Детонация. Это – постоянная и максимально возможная величина скорости взрывчатого превращения ВВ или газопаровоздушных смесей. Существует заметная разница в скоростях горения ВВ и газопаровоздушных смесей как объектов, способных к горению и детонации (Таблица 1).

Таблица 1.