Лекция № 4 детонация, условия её распространения. Зависимость скорости детонации от различных факторов

В 1881 году французскими учеными было сделано открытие детонации в газах (распространение процесса горения в газах со сверхзвуковыми скоростями 2÷3 км/с. Этот быстрый процесс горения был назван «фальшивым горением», или детонацией (от французского «Detonner»: фальшивить, звучать не в тон).

Детонация - устойчивая форма взрывчатого превращения ВМ, самораспространяющийся физико-химический процесс, механизмом передачи энергии которого является ударная волна.

Структура детонационной волны

В отличие от ударной волны детонационная волна распространяется с постоянной скоростью. Это объясняется тем, что уравнение сохранения энергии детонационной волны имеет вид:

E_J-E₀=½(P_J+P₀)(V₀-V_j)+Q_V

где: Q_V – теплота химических реакций.

Первое слагаемое – изменение внутренней энергии вследствие сжатия (характерно для ударной волны); второе слагаемое – изменение внутренней энергии за счет химического превращения системы.

Остальные закономерности выведенные для ударной волны (закон сохранения массы, количества движения) справедливы для детонационной волны.

Параметры с индексом j принадлежат продуктам детонации в плоскости Чепмена-Жуге.

В структуре детонационной волны:

→W →D W₀=0

Продукты детонации

Зона химической реакции

Исходное ВВ

J

Поверхность, разделяющая зону химической реакции и продуктов детонации при стационарной детонации называются поверхностью Чепмена-Жуге.

Зельдович и другие ученые одновременно теоретически рассчитали существование области повышенных давлений – химического пика. Причем Р₁=2Р_j

Учитывая, что P_j»P₀.

Основные параметры детонационной волны описываются следующими зависимостями:

D=W_j+C_j ; P_j=

Где К – показатель изоэнтропы К ρ

Энергетические характеристики детонации зависят от теплоты взрыва и количества газообразных продуктов детонации, их средней молекулярной массы: для идеальных газов:

D=

Для конденсированных ВВ существует целый ряд приближенных методов.

Например, по методу Авакяна:

D_1,6=643 м/с

Возбуждение и распространение детонации в конденсированном ВВ

Механизм возбуждения детонации ударной волной заключается в следующем. При проникновении ударной волны в заряде ВВ создается зона сжатия, в которой возникает экзотермическая реакция. Для неоднородных ВВ наиболее высокая скорость разложения вещества имеет место в локальных “горячих” точках.

Причинами их возникновения могут быть:

трение между кристаллами ВВ или твердыми частицами;

• вязкостный разогрев в результате быстрого течения вещества;

• трение на поверхности сдвига, под действием касательных напряжений;

• взаимодействие косых ударных волн, возникших из-за неоднородности системы;

• адиабатическое сжатие газовых включений образовавшиеся в горячих точках очага разложения укрупняются и объединяются.

Выделяющаеся в них энергия посредством волн сжатия идет на усиление фронта ударной волны.

Инициирование однородных ВВ затруднено и может происходить либо преимущественно в результате гомогенного разогрева вещества, либо механически. Химическое превращение может быть обусловлено непосредственно деформацией ВВ во фронте ударной волны за счет быстрой резонансной диссоциации молекул. Такое превращение характерно для деформации в монокристаллах при высоких скоростях 3-5 км/с. механическое инициирование реакции, с выделением тепла, создает условия и для термического распада ВВ. поэтому механизм всегда смешанный. При детонации мощных ВВ в результате резонансной диссоциации в области химпика образуется зона холодной плазмы – (заряженные частицы), которые энергично вступают во взаимодействие.

Возбуждение детонации возможно только при одновременном выполнении двух условий:

1. Давление в инициирующей волне должно быть больше некоторого критического значения Р_кр.

2. Диаметр заряда ВВ должен быть больше критического значения d_кр..

Зависимость скорости детонации от различных факторов.