1.1.3 Формы химического превращения вв

Химическое превращение ВВ может протекать в трех основных формах: медленное химическое превращение, горение, детонация

1) Медленное химическое превращение характеризуется тем, что все разлагающееся вещество находится при одинаковой температуре; практически равной температуре окружающей среды. Скорость реакции ( – производная количества реагирующего вещества по времени) соответствует этой температуре и во всех точках одинакова. Медленное химическое превращение ВВ принципиально не отличаются от закономерностей не ВВ.

Скорость распространения горения:

Исходные

вещества

, ,

Продукты превращения , ,

Зона химической реакции

, , – начальное значение параметров вещества;

, , – конечное значение параметров вещества

Рисунок 2 – Схема самораспространяющейся химической реакции

2) При горении и детонации интенсивная химическая реакция происходит во фронте химического превращения. Температура Т впереди фронта, позади него и в самой зоне реакции существенно различается. Имеет место так же неравенство давления Р и плотности ρ.

Разница давлений при горении в замкнутом объеме достигается значительно больше, чем при медленном химическом превращении (используются в зарядах огнестрельного оружия).

3) При детонации вследствие большой скорости её распространения создается максимальное давление (сотни тысяч атмосфер), практически не зависящее от наличия и отсутствия оболочки.

1.1.4 Горение газообразных и конденсированных вв

а) Механизм самовоспламенения газовый смеси

При нагревании газовый смеси возникает реакция между горючими газами и кислородом, скорость которой быстро растет с повышением температуры. С увеличением скорости реакции увеличивается количество тепла, выделяемое в единицу времени.

При нагреве газовой смеси теплоприход растёт быстрее теплоотдачи и становится больше последней по достижению некоторой температуры. Далее температура быстро возрастает, что приводит в свою очередь к ускорению реакции, которая заканчивается взрывом.

Определение: минимальную температуру газовой смеси, при которой теплоприход становится больше теплоотдачи и химическая реакция принимает характер взрывного превращения, называют температурой самовоспламенения или вспышки.

б) Задержка самовоспламенения

При нагревании взрывчатой газовой смеси до температуры самовоспламенения вспышки возникают не мгновенно, а спустя некоторое время, называемое временем задержки. Время задержки зависит от температуры и состава смеси. Например, время задержки самовоспламенения смеси воздуха с окисью углерода и водородом значительно меньше, чем метано-воздушных смесей.

в) Пределы горючести газовых смесей

Горение газовых смесей зависит от содержания в них горючего элемента, его природы, содержания инертных примесей, температуры, давления, диаметра сосуда. Минимальное содержание горючего, при котором горение ещё возможно, определяет нижний предел горючести (НПГ), а максимальное – соответственно верхний предел горючести (ВПГ).

г) Механизм распространения горения газовых смесей

Если какой-то объем газа равномерно нагрет, а в некотором участке на него действует источник тепла высокой температуры, то в участке, на который будет направлено тепловое воздействие, возникнет химическая реакция.

В месте химической реакции может возникнуть большая концентрация энергии, которая передаётся соседним слоям, вызывая в них также химическую реакцию. Химическая реакция в газовых смесях является самоускоряющейся. Механизм самоускорения реакции может носить тепловой, автокаталитический и цепной характер.

1) Тепловое самоускорение происходит вследствие саморазогрева системы за счёт выделяющегося при реакции тепла.

2) Автокаталитическое, или, точнее, автокаталитически-тепловое самоускорение происходит в результате накопления продуктов реакции, катализирующих превращение исходного вещества.

3) Цепное самоускорение реакции при постоянной температуре происходит в результате превышения разветвления над обрывом цепей.

Чаще всего в результате развития ценных реакций теплоотдача может быть недостаточной для отвода всего тепла реакции, тогда к цепному ускорению присоединяется тепловое ускорение и самоускорение становится цепно-тепловым. Совместное действие обоих механизмов приводит к взрыву.

д) Сведения из физики взрыва: формы работы взрыва

Полезные формы работы взрыва подразделяются на бризантную и фугасную. Деление работы на работу бризантного и фугасного действия в достаточной степени условно и не определено с исчерпывающей корректностью, но, вместе с тем, имеет достаточные основания. Связано это в основном с практикой применения ВВ. Фугасное действие проявляется в способности ВВ совершать такие относительно «медленные» виды работы как: метание элементов плотных сред, в контакте с которыми находился заряд ВВ, метание или перемещение фрагментов конструкций, метание осколков корпусов боеприпасов, перемещение газовоздушных и более плотных сред при распространении ударных волн и так далее. Существует достаточно много ВВ, при взрыве которых реализуются главным образом фугасные виды работы. Величина работы в форме фугасного, или общего, действия для таких ВВ пропорциональна полной идеальной работе взрыва, а следовательно, теплоте взрыва, и определяется совместным действием ударной волны в среде и газов взрыва. Бризантное (или местное), действие взрыва проявляется в способности к интенсивному дроблению и деформации среды, непосредственно прилегающей к заряду, в результате резкого удара ПВ, сжатых до высоких давлений. Величина работы в форме бризантного действия определяется не всей энергией во фронте детонационной волны, а только той её частью, которая проявляется при давлениях выше некой критической величины. Работа бризантного действия прямо пропорциональна плотности заряда и скорости детонации. Кумулятивный эффект, как форма бризантного действия, определяется скоростью движения кумулятивной струи, которая также зависит от плотности ВВ и скорости детонации.

Теплота взрыва является одной из важнейших характеристик ВВ, определяющей температуру, и давление ПВ, и через них скорость детонации. Вместе с тем, названные параметры, хотя и в меньшей степени, зависят и от других химических и физических свойств ВВ. Поэтому однозначная зависимость между и для общего случая отсутствует; так, например, скорость детонации гексогена, имеющего теплоту взрыва меньшую, чем у тэна, при одинаковой плотности, выше скорости детонации тэна. Еще большее несоответствие между теплотой взрыва и скоростью детонации наблюдается у смесей ВВ.

Определённую роль в этом случае играют механизмы протекания процесса – так называемые механизмы детонации.

ж) Сведения из физики взрыва: механизмы детонации

Механизм реакции взрывного превращения может быть различным в зависимости от химического состава и агрегатного состояния ВВ. Гомогенные газообразные, жидкие, пластичные и однородные твердые ВВ детонируют в соответствии с так называемым ударным механизмом, когда распространяющаяся по ним ударная волна вызывает сжатие и однородный без особенностей разогрев вещества с химическим превращением и завершением реакции в узкой зоне. Для этого механизма ВП характерны значительно более высокие давление и температура во фронте детонационной волны, чем в условиях реализации других механизмов. Все порошкообразные и гранулированные ВВ, отличающиеся большой неоднородностью, детонируют по баллистическому механизму или, как его ещё называют, механизму взрывного горения. Этот механизм характерен тем, что инициирующая ударная волна, проходя по ВВ, имеющему особенности, вызывает неупорядоченное движение вещества. Это приводит к созданию в последнем случае неоднородного поля температур, а следовательно, локальных очагов разогрева (горячих точек). Таким образом, разложение ВВ начинается в горячих точках и распространяется в дальнейшем с большой скоростью по поверхности зёрен. Лишь после этого начинается послойное превращение вещества в направлении к центру зёрен. Разновидностью описанного механизма является смесевой механизм детонации, отличающийся тем, что химические реакции протекают в две или более стадий. От сильного разогрева при ударном сжатии сначала происходит первичное термическое разложение. Образующиеся промежуточные газообразные продукты вступают затем в химическое взаимодействие между собой и с компонентами, еще не превратившимися в газы. Зона химической реакции довольно широка и параметры детонации ниже, чем следовало бы ожидать по теплоте реакции ВП. Скорость детонации, таким образом, определяется не полной теплотой взрыва но той ее частью, которая выделяется между плоскостью ударного фронта и плоскостью Чепмена–Жуге. Плоскость Чепмена-Жуге  условная плоскость, соответствующая моменту времени, в который выделяется количество теплоты взрыва, достаточное для компенсации всех тепловых потерь, обусловленных прохождением ударной волны по ВВ. Одномерная детонационная волна, в которой химическая взрывная реакция полностью завершается в плоскости Чепмена-Жуге, считается идеальной. В плоскости Чепмена-Жуге выполняется условие: скорость потока продуктов взрывной реакции относительно переднего фронта детонационной волны равна местной скорости звука (то есть скорости звука в продуктах реакции). Передний фронт детонационной волны  передняя граница с максимальной скоростью сжатия вещества, отделяющая сжатое детонационной волной ВВ от исходного.

Определённую роль в этом случае играют механизмы протекания процесса – так называемые механизмы детонации.