Общие сведения о детонации

Детонация в газах

Понятие о детонации возникло после взрывов на угольных шахтах, происшедших в конце 19 века. Лабораторные эксперименты, проведенные в то время французскими исследователями, выявили детонацию горючих смесей в стеклянных трубках.

Детонация относится к самоподдерживающимся процессам химических превращений. Инициирование детонации связано с воздействием на детонационноспособное вещество ударных волн, вызванных

- ускоряющимся горением (дефлаграция),

- искровыми разрядами,

- лазерными импульсами,

- взрывами конденсированных веществ,

- и др.

К детонационноспособным веществам относятся

– смеси горючих веществ с воздухом;

– смеси горючих веществ с окислителями, содержащими связанный кислород (окислы азота);

– смеси водорода с хлором;

– газы и пары, способные к детонации при отсутствии окислителя (ацетилен, озон, этилен при высоких давлениях, азид хлора, перекись водорода в виде пара);

– дисперсии горючих веществ в кислороде (угольная пыль, алюминиевая пудра, мучная пыль, взвеси капель углеводородов).

Рассмотрим достаточно длинную трубу, заполненную смесью горючего газа с воздухом. После введения в смесь источника зажигания по трубе начнёт перемещаться фронт пламени. Начальную скорость будут определять нормальная скорость и степень расширения продуктов горения.

Пламя, распространяющееся по детонационноспособной смеси, легко ускоряется. Ускорение пламени происходит под влиянием турбулентности, генерируемой расширяющимися продуктами горения, и турбулентности, создаваемой шероховатыми стенками трубы.

Турбулизация газов в трубе приводит к увеличению площади поверхности пламени за счёт искривления его фронта и, как следствие, к переходу в турбулентный режим горения, скорость которого превышает скорость ламинарного горения.

При достижении скорости звука перед пламенем образуется ударная волна. Сжатие горючей смеси ударной волной сопровождается повышением температуры и образованием активных центров. В активизированной смеси скорость химических превращений значительно возрастает. Интенсификация химического реагирования увеличивает скорость выделения энергии. Выделение энергии приобретает взрывной характер, ударная волна становится детонационной.

При установившейся детонации фронт детонационной волны перемещается со сверхзвуковой скоростью, поддерживаемой энергией химического превращения вещества.

Ударный скачок образуется на расстоянии около 50-60 диаметров трубы от источника зажигания. Окончательный переход в детонацию происходит на расстоянии около 100 диаметров трубы. Расстояние от точки инициирования горения до возникновения детонационной волны называется преддетонационным участком.

Турбулентность, генерируемая стенками трубы, влияет на параметры детонации. Спираль Щелкина К.И. – это спиральная проволока, прижатая к внутренней поверхности трубы, она существенно уменьшает расстояние, на котором формируется детонационная волна. Кроме того, под влиянием искусственной турбулентности происходит уменьшение скорости детонации.

На параметры детонации в газах оказывают влияние

– физико-химические свойства детоноирующего вещества;

– соотношение между количествами детноирующего вещества и окислителя в смеси, существуют концентрационные пределы детонации, вне которых вещество неспособно к детонационному химическому превращению;

– наличие в смеси инертных веществ, ингибиторов или катализаторов;

– начальные термические условия;

– газодинамические условия и т.д.

При химических превращениях в трубах с диаметрами меньшими критического диаметра детонации ударно-волновой процесс не возбуждается.

В таблице приведём экспериментальные значения параметров детонации для водородно-кислородных смесей

№	Смесь	Р2, МПа	Т2,К	D, м/с
	2H2+O2	1,769
	2H2+O2+1,5He	1,725
	2H2+O2+1,5Ar	1,725
	2H2+O2+3Ar	1,677
	2H2+O2+5Ar	1,599

Дата добавления: 2014-01-07