42 Прямая Михельсона. Ширина волны детонации.

Рассмотрим р, u -диаграмму для детонационной волны. На рис. кривой I изображена ударная адиабата для исходного ВВ. Адиабата Гюгонио для конечных продуктов взрыва (кривая П) должна, естественно, располагаться выше адиабаты Гюгонио для исходного ВВ, поскольку в зоне химических реакций выделяется тепло Q’_u. Пусть исходное вещество под действием ударной волны переводится из состояния   в состояние  . В результате протекания химических реакций происходит расширение промежуточных продуктов взрыва и возрастание их внутренней энергии, т.е. реализуется постепенный переход вещества с адиабаты I на адиабату П. Естественно, что между кривыми I и П можно нанести бесчисленное множество адиабат Гюгонио, соответствуйте различным сечениям зоны химических реакций, причем по мере удаления от плоскости А-А (см. рис) каждая из этих адиабат будет располагаться выше предыдущих.

 

Для того чтобы установить закономерность этого перехода, перепишем уравнение (3.2) в виде:

Поскольку D=const , то уравнение, есть уравнение прямой, проходящей через точку  , причем тангенс угла наклона ее к оси Ou- равен  . Прямая (3.4) известна под названием прямой Михельсона .

Условие стационарности детонационного процесса требует, чтобы вся зона реакции (включая все ее промежуточные состояния) перемещалась по заряду с одной и той же скорость”. Поэтому параметры состояния в зоне химической реакции должны изменяться по прямой Михельсона. Это расширение должно происходить до тех пор, пока не будет достигнуто состояние, характеризуемое точкой М, лежащей как на прямой Михельсона, так и на адиабате Гюгонио для конечных продуктов взрыва.

Чемпен и Жуге обосновали положение, что процессу детонации отвечает единственное состояние продуктов взрыва, соответствующее точке  , в которой прямая Михельсона касается адиабаты Гюгонио.

Состояние, характеризуемое точкой М, обладает рядом замечательных свойств, строгое доказательство которых принадлежит З.Б. Зельдовичу.

Так, в этом состоянии энтропия продуктов детонации достигает максимума, если перемещаться по прямой Михельсона, и минимума, если перемещаться по кривой Гюгонио.

43 Учет потерь тепла при детонации. Пределы детонации и причины их существования. Условия перехода нормального горения в детонацию. Понятие ретонационной волны.

Пределы детонации определяются природой топлива и характеристиками двигателя.

Существуют пределы детонации по составу смеси, давлению и диаметру трубы. Хотя скорость детонации не зависит от кинетики химических реакций, ряд явлений теснейшим образом связан с нею, и особенно это относится к пределам детонации.

Пределы детонации зависят от вида и энергии источника зажигания, а также аппаратных условий.

Надо полагать, что при детонации, как и при дефлаграции возможны потери двух типов: при взаимодействии со стенками и радиационные. Очевидно, что истинные пределы детонации должны быть обусловлены одними радиационными потерями и не зависеть от диаметра трубы. Однако такие измерения не производились, известные пределы нельзя считать окончательными, не зависящими от аппаратурных условий, хотя значительное их расширение маловероятно.

Детонация представляет собой распространение горения со сверхзвуковой скоростью, точнее, распространение в горючей среде самоподдерживающейся (за счет энерговыделения при экзотермической реакции) ударной волны. Образование детонационных взрывных волн без искусственного инициирования обусловлено неустойчивостью нормального горения (процесса распространения ламинарного пламени).

В результате развития внутренней неустойчивости пламени, процесс горения автотурбулизуется, и движение пламени ускоряется: происходит резкое увеличение скорости фронта горения по сравнению с ламинарными режимами за счет увеличения площади поверхности горения.

Принципиальная возможность явления детонации следует из того, что при прохождении через любое вещество фронта ударной волны оно нагревается. Если ударная волна достаточно сильна, то это нагревание может поджечь горючую смесь, что и приводит к детонации. Возникающая при этом поверхность нормального разрыва называется детонационной волной.

Главная опасность детонации заключается в повышенной отдаче тепла от сгоревших газов в стенки камеры сгорания из-за более высоких температур в детонационной волне и увеличения коэффициента теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа.

При детонации газ вступает в реакцию под действием ударной волны, сжимающей и нагревающей газ. Поэтому естественный, наиболее простой и быстрый способ вызы­вать детонацию заключается в том, чтобы создать во взрыв­чатой смеси мощную ударную волну. Такая волна вызовет практически мгновенное воспламенение смеси, а это и есть детонация.

Явление перехода нормального горения в детонацию заключается в том, что при распространении пламени в длинной трубе скорость его постепенно увели­чивается, и на некотором расстоянии от места зажигания возникает детонационная волна.

Длина преддетонационного периода зависит не только от состояния исходной смеси, но и от гидродинамических условий, при которых происходит распространение пла­мени, от диаметра трубы, состояния стенок (гладкие или шероховатые) и т. д.

рис.47

Расстояние до места возникновения детонации весьма сильно зависит от состава смеси: разбавление смеси инертными газами или прибавление большого избытка одного из компонентов увеличивает это расстояние. Следует отме­тить, что не при всяком составе смеси горение может пе­рейти в детонацию. Существуют известные критические значения состава и начального давления, называемые взрывными пределами, при переходе через которые само­произвольный переход горения в детонацию становится невозможным. Опыты по измерению взрывных пределов производились в уста­новке, изображённой на рис. 47. Стеклянные трубки F и F' располагались на расстоянии 11 и 32 м от места зажи­гания. Общая длина трубы составляла 40 м. Большая длина трубы давала возможность безошибочно определять стационарность распространяющейся волны. Значения взрывных пределов для ряда смесей приведены в таблице X.

Внимательное рассмотрение фотографий перехода го­рения в детонацию показывает, что это явление нельзя рассматривать как непрерывное увеличение скорости распространения реакции от нормальной скорости пла­мени до скорости детонации. При воспламенении дей­ствительно возникает нормальное распространение. Ско­рость его постепенно возрастает, не достигая, однако, скорости детонации. Детонационная волна возникает внезапно, причём место её возникновения легко отличить на фотографии, так как яркость детонационной волны гораздо больше яркости пламени. В момент возникновения детонации из той же точки выходит и вторая волна, кото­рая распространяется по продуктам взрыва как ударная. Это—так называемая ретонационная волна. В точке воз­никновения детонации часто обнаруживаются дробление трубки или другие признаки, указывающие на резкое по­вышение давления, превышающее даже давление в рас­пространяющейся далее детонационной волне.