1.3 Механизм и условия устойчивости горения

конденсированных ВВ

1.3.1 Механизм горения вв

А.Ф. Беляев установил, что горение бризантных ВВ, обладающих заметной летучестью, имеет сложный характер: при нагревании ВВ источником теплоты происходит плавление и испарение тонкого слоя вещества и нагрев образовавшихся паров до температуры самовоспламенения с последующей интенсивной химической реакцией.

Продукты горения нагревают следующий слой ВВ, претерпевающий те же физические процессы и химические реакции. На рисунке 3 показана схема механизма горения ВВ по А.Ф. Беляеву.

– исходное ВВ; – прогретый слой конденсированного ВВ;

– зона прогрева паров ВВ; – зона химической реакции в парах;

– зона продуктов горения

Рисунок 3 — Схема механизма горения ВВ

Пары, образовавшиеся вследствие испарения конденсированной фазы, вспыхивают не сразу, а лишь через времени, которое необходимо для их подогрева и развития в них реакции. В результате прогрев и испарение ВВ имеет место в зоне , в зоне – подогрев и подготовка паров к горению, в зоне – горение. При горении взрывчатого вещества энергия сообщается конденсированной фазе путём теплопроводности через слой пара , подготавливающийся к реакции.

При установившемся режиме горения количество вещества, испарившегося за 1 с на 1см² поперечного сечения заряда ВВ, равняется количеству вещества, сгоревшего за 1 с на 1 см²  другими словами, массовая скорость испарения конденсированной фазы должна ровняться массовой скорости горения пара. Механизм горения паровой фазы идентичен ранее рассмотренному механизму горения взрывчатых газообразных систем.

1.3.2 Условия устойчивости горения вв

К.К. Андреев и А.Ф. Беляев при исследованиях устойчивости горения показали важное значение соотношения между газопритоком и газооттоком. Образующиеся газы оттекают в направлении, противоположном направлению распространения горения, вследствие чего давление над поверхностью ВВ возрастает.

Соотношение между газопритоком и газооттоком зависит от характера горения при данном внешнем давлении и его изменения с ростом давления.

В зависимости от свойств взрывчатого вещества и условий, при которых идёт горение, возможны два крайних случая:

1) скорость оттока газов равна скорости их образования; такое горение осуществляется с установившейся (постоянной) скоростью;

2) скорость газопритока больше скорости газооттока; в этом случае давление во фронте горения будет непрерывно повышаться, а скорость горения возрастать.

Зависимость скорости горения ВВ от давления согласно опытным данным может быть выражена формулой:

где величины зависят от природы ВВ.

Тогда газоприток , отнесённый к единице поперечного сечения определяется:

,

где – плотность ВВ.

Газоотток:

,

где – коэффициент, зависящий от плотности и теплоёмкости газов.

а)

б)

в)

Рисунок 4 – Условия устойчивого горения ВВ

В случае в начале горения давление растёт, так как газоприток больше газооттока. При . При дальнейшем повышении давления газоотток станет больше газопритока, и давление снизится до , а при имеет место устойчивое горение ВВ.

По тем же причинам при (б) горение по кривой устойчиво, а при (в) давление по кривой устойчиво и .

Кривые на рисунке (б) и (в) соответствующие превышению газопритока над газооттоком при любом давлении и верхняя часть кривой на рисунке (в) характеризуют неустойчивое ускоряющееся горение ВВ.

Таким образом, из приведённых зависимостей можно сделать вывод: для данного ВВ в условиях опыта скорость газопритока при росте давления меньше скорости газооттока, то горение будет устойчиво и . Если же скорость газопритока будет выше скорости газооттока, то давление во фронте горения будет повышаться. Повышение давления ускоряет горение, что послужит увеличению газопритока в единицу времени. В таких условиях баланс газоприток – газоотток нарушен и создаются благоприятные условия для перехода горения в детонацию.