1612727554-7422b28b59adffe5b22446310d759047 (828458), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Оказалось, что при взрывных нагрузках плексиглас, несмотря иа отчетливо выраженные пластические свойства, вплоть до момента разрыва строго подчиняется закону рука„т. е. ведет себя в этом отношении как идеально хрупкое тело, а модуль Юнга Е = — » при этом равен Е = 6 1О' кг/см'. Характерно, что вели- ГЕ чина Е, рассчитанная по формуле с = у —, равна 6,06 10'кг/см'.
ГЛАВА Х ГОРЕНИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ $50. Основные особенности процессов горения ВВ Преобладающее большинство ВВ при определенных условиях способно к устойчивому горению без перехода в детонацию. Лля порохов быстрое горение — основная форма взрывчатого превращения. Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что основные особенности процессов горения, в отличие от детонации, заключаются в следующем: Поступление энергии в исходное вещество при горении осуществляется путем теплопроводности, диффузии газообразных продуктов и излучения. При детонации энергия и последо-, вательное инициирование взрывной реакции обеспечиваются благодаря распространению по ВВ ударной волны. 2. Скорость распространения процессов горения намного ниже скорости процессов детонации.
Скорость горения не может превышать, а, как правило, значительно меньше скорости звука в исходном веществе, что определяется сравнительно малой скоростью теплопередачи и диффузии. Напомним, что скорость процессов детонации, наоборот, всегда и чаше всего довольно значительно превосходит скорость звука в исходном взрывчатом веществе. 3. Продукты горения непосредственно за фронтом пламени в первый момент движутся в сторону, противоположную направлению фронта пламени, в то время как прн процессах детонации имеет место обратная картина. Вследствие этого давление продуктов горения в зоне пламени намного ниже, чем на фронте детонационной волны.
4. Скорость и характер протекания химических реакций в условиях горения взрывчатого вещества существенным образом зависят от внешнего давления. Так, например, горение пироксилина и некоторых других сложных эфиров азотной кислоты прн относительно низким давлениях (до 30 — 50 атм) обычно сопровождается образованием окислов азота и формальдегида, что не происходит при более высоких давлениях — порядка говение взтывчлтых веществ (гл.
х сотен и тысяч атмосфер. Реакция горения многих газовых смесей при очень низких давлениях (вблизи пределов воспламенения) протекает по цепному механизму, в то время как при достаточно высоких давлениях преобладающее значение приобретают реакции, протекающие по тепловому механизму. Горение многих жидких и твердых ВВ протекает либо в парообразной, либо одновременно в конденсированной и парообразной фазах.
При этом переход к конечным продуктам горения обычно осуществляется через ряд промежуточных реакций. Для детонации подобных ВВ характерно, что химические реакции протекают в конденсированной и в газовой фазах при очень высоких давлениях, когда поведение газов практически не отличается от поведения жидкостей. Исследования процессов горения взрывчатых систем были начаты еще во второй половине прошлого столетия и касались главным образом газовых смесей.
Наиболее существенные работы в области горения газовых смесей в этот период были проведены Малляром и Ле-Шателье, Диксоном и Михельсоном; исследования которых сыграли выдающуюся роль в последующем развитии теории горения газовых смесей. Процессы воспламенения и распространения пламени в течение долгого времени изучались в отрыве от химической кинетики, что привело. к созданию некоторых принципиально ошибочных формальных теорий горения (Кроу, Гримшоу, Летан и др.). Крупные успехи в области развития теории горения газовых н конденсированных ВВ были достигнуты за последние десятилетия благодаря успехам в области химической кинетики н в частности теории цепных реакций, в значительной мере разработанной Хиншельвудом и Семеновым и его школой.
Тепловая и цепная теории самовоспламенения газовых смесей, созданные Семеновым, 'послужили отправной точкой теоретических работ советских ученых (Зельдович, Франк-Каменецкий, Тодес) по горению, которые являются ведущими в этой области. Существенные результаты за последнее время также достигнуты в области изучения процессов горения конденсированных ВВ и условий перехода его в детонацию. Наиболее ценные исследования в этой области проведены Беляевым, Анд еевым, Зельдовичем. орсние газовых взрывчатых систем, Газовые взрывчатые ' системы представляют собой преимущественно смеси горючих газов или паров с кислородом или воздухом. Воспламенение газовой смеси может быть достигнуто либо в результате подогрева смеси, либо вследствие местного ее зажигания (электрической искрой и т.
п.). д 50) основные осоввиности пгоцвссов говения вв 365 В первом случае химическая реакция протекает одновременно во всем объеме сосуда, в котором заключен газ; во втором случае†в месте зажигания возникает пламя, распространяющееся по исходному веществу. Пламя представляет собой тонкую зону, отделяющую еще не реагировавшую исходную смесь от конечных продуктов реакции, в которых химическая энергия перешла в тепловую: Распространение пламени может протекать в детонационной форме или в форме нормального горения.
Термином «нормальное горение» называют процесс, при котором воспламенение каждого слоя газовой смеси происходит благодаря его подогреву теплопроводностью от предыдущего горящего слоя или благодаря диффузии.активных промежуточных продуктов реакции в исходную смесь. Тепловое и цепное воспламенение. Воспламенение и последующее горение газовой смеси может происходить 'лишь в том случае, если химическая реакция протекает в условиях прогрессивного самоускорения.
Критические условия воспламенения поэтому определяются условиями перехода от стационарного к нестационарному протеканию реакции. Если при некоторых значениях температуры и давления стационарный разогрев становится невозможным и температура реагирующей смеси начинает возрастать существенно нестационарным образом, то это явление носит название теплового воспламенения. При достаточно низких давлениях выделение тепла в ходе реакции компенсируется теплоотводом; с ростом давления выделение тепла в сосуде увеличивается, что ведет к возрастанию температуры газа и, следовательно, ускорению теплоотдачи. Однако вследствие увеличения температуры возрастают также скорость реакции и скорость выделения тепла. Поскольку скорость реакции (тепловыделения) растет с температурой по экспоненциальному закону, а скорость теплоотвода увеличивается с температурой приблизительно линейно, то благодаря нарушению теплового равновесия происходит непрерывное самоускорение реакции, приводящее к взрыву (воспламенению).
При тепловом механизме реакции предельные условия воспламенения заметно зависят от размеров сосуда. С увеличением размеров сосуда предельное давление воспламенения несколько падает, так как при этом уменьшается относительная величина теплопотерь. Тепловое горение может наблюдаться в случае любой экзотермической реакции, скорость которой достаточно быстро возрастает с повышением температуры. Если при некоторых значениях внешних параметров концентрации активных промежуточных продуктов начинают возрастать существенно нестационарным образом, то это явление носит название цепного или диффузионного воспламенения. Збб [гл. х говенна взтывчатых веществ Цепное или диффузионное горение возможно только в случае автокаталитических реакций. С цепным механизмом воспламенения приходится встречаться главным образом при сравнительно низких давлениях.
Большинство случаев воспламенения при атмосферном или более высоких давлениях, представляющих наибольший практический интерес, имеют по-вндимому, тепловую природу. $ 51. Теории теплового и цепного воспламенения газов Основная идея теплового самовоспламенения была высказана еше Вант-Гоффом, согласно которому условием самоускорения реакции является превышение теплопритока над тепло- потерями. Количественная теория теплового самовоспламенения была впервые сформулирована Семеновым. Сущность ее состоит в том, что при некоторых усло- Ф Ч, г виях (температура, давление и др.) теплота реакции становится больше теплопотерь, в результате чего обеспечивается само- разогрев смеси и самоускорение реакции, приводящее к г взрыву. Пусть газовая смесь состоит из молекул А н В, реагирующих по бимолекулярному закону А+ В = АВ.
В таком случае скорость реакции выражается уравнением [[х = Е ! А! [В! е "' (51,1) где [А! и [В) — концентрации. Количество тепла, выделяющегося в одну секунду вследствие реакции, будет гг гг гг г Рис. 117. Зависимость между теплоприходом яг и теплопотерамн Чт прн различных давлениях. и Ь д,=дП=ду~[А[[В[е вт арап(1 — п)е ат (б[ ~) где г) — теплота, выделяющаяся при каждом элементарном акте реакции, л и (1 — и) — величины, характеризующие состав смеси, р — общее давление смеси, 0 =д2. Таким образом, выделяющаяся при реакции теплота д, быстро растет с температурой и прн данной температуре пропорциональна квадрату давления смеси. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
