1612727554-7422b28b59adffe5b22446310d759047 (828458), страница 73
Текст из файла (страница 73)
т/сад.мнн Примечание 1,42 1,58 1,65 2,00 112 145 200 238 Горение с пульсацнеб То же То же 2,7 9,6 Горение тротила, вначале равномерное, прн температурах порядка 230 — 250' становится пульсирующим н сопровождаегся выбросом горячего расплава, что является причиной более быстрого роста скорости горения прн этих условиях.
20 60 100 145 180 184 0,29 0,34 0,44 0,52 0,57 0,62 408 (гя х говение взеывчьтых веществ Из теории горения конденсированных ВВ, как будет показано ниже, вытекает, что для них( как н для газовых систем), должна осуществляться линейная зависимость между логарифмом скорости горения и обратной абсолютной температурой. Результаты обработки опытных данных Андреева и Беляева показывают, что это требование теории (в условиях стационарностн процесса) действительно выполняется и имеет достаточно общий характер, Теория горения конденсированных ВВ Беляева — Зельдовича.
Исходные физические предпосылки и основные закономерности, установленные в теории теплового распространения пламени для газовых смесей, являются общими для процессов горения вообще и основными прн рассмотрении процессов горения конденсированных ВВ. Однако прн этом необходимо учитывать те специфические особенности, которые связаны с механизмом нх горения.
Ряд авторов (Летан, Швейкерт, Ямага, Кроу и Гримшоу и др.) строили теории горения в предположении, что химическая реакция протекает только в конденсированной фазе, и исходили нз принципиально ошибочного предположения, что активация молекул н передача энергии в процессе горения осуществляется путем бомбардировки поверхностных слоев ВВ газообразными продуктами горения. Беляев в 1938 г. выдвинул новую теорию горения конденсированных ВВ, в которой основная роль в передаче энергии отводится теплопроводностн и учитывается кинетика химических реакций. В отличие от указанных теорий при этом предполагается, что горение ВВ протекает не в конденсированной, а в газовой фазе.
По мнению Беляева, для веществ, обладающих летучестью, подводнмая к поверхностному слою ВВ энергия должна главным образом уходить на испарение вещества. Согласно подсчетам Беляева, вероятность того, что молекула ннтрогликоля прн температуре 200' С получит энергию, достаточную для испарения, почти в 10' раз больше, чем вероятность получения энергии, необходимой для активации. В самом деле, вероятности этих процессов соответственно равны 1 л яг н где к — теплота испарения н Š— энергия активации. Дляннтроглнколя к= 14500 кал/моль н Е= 35 000 кал/моль. Таким образом, скорость испарения должна значительно превосходить скорость реакции н горение сможет возникнуть только в парообразной фазе.
Тепло, выделяющееся прн таком горении, будет уходить на прогрев паров и испарение новых а 53! гонение кондвнсигов»нных ззеывч»тых веществ 407 порций конденсированной фазы. Увеличение скорости горения и, следовательно, увеличение подачи энергии конденсированной фазедолжно приводить к автоматическому увеличению скорости испарения, которое, поглощая подводимую из зоны горения энер. гню, будет препятствовать проникновению реакции в конденсированную фазу. Вследствие испарения поверхность ВВ все время перемещается, и температура поверхности конденсированной фазы сохраняет постоянное значение, равное температуре кипения. Пары ВВ должны вспыхивать не сразу, а по истечении некоторого времени, необходимого для подогрева паров и развития в них реакции; следовательно, горение паров будет происходить на некотором расстоянии от конденсированной фазы и между областью горения и конденсированной фазой будет некоторая зона подготовки паров ВВ к горению.
Для случая ннтрогликоля наличие такой 7 ',", 1» зоны (темной, несветящейся) было пй Беляевым подтверждено эксперимен- — з» ', г» тально. Таким образом, мы придем к об- Рнс.1»з.Р»снрехеяеннетемшей картине горения взрывчатого ве- пер»туры н горящем ВВ. щества, представленной на рис. 128. Здесь 7 — область конденсированной зоны, О в зона подготовки паров к реакции и Ш вЂ” область горячих продуктов реакции. Кривая Те — Т» — Т, показывает распределение температуры. Те — начальная температура ВВ, Т„ — температура, при которой упругость пара ВВ станет равной внешнему давлению, т.
е. в случае жидкости †температу кипения, Т, †температура горения. Очевидно, что при установившемся стационарном режиме горения количество вещества, испарившееся за 1 сек на 1 сяет поверхности, должно равняться количеству сгоревшего вещества за ! сек на 1 см', другими словами, массовая скорость горения должна равняться массовой скорости испарения конденсированной фазы.
Зельдович показал, что разработанная им и Франк-Каменецким теория горения газовых смесей с некоторыми дополнениями может быть распространена и на интересующий насслучай. При переходе от горения газовой смеси к горению паров ВВ необходимо только учесть энергию, затрачиваемую на испарение конденсированной фазы. Согласно Зельдовичу, массовая скорость распространения горения в парах взрывчатого вещества определяется следующей зависимостью: 2ч„ 7 »т',! +' Рп = ч ! Е ) (7; — Те) (т+1)!)»'(Т„) г1сек гм»,(53,2) 'т'г 408 [гл.
х го»вниз взеывчлтых веществ где Ч, — коэффициент теплопроводности пара прн температуре горения, Т„ — температура горения, Ть — начальная температура, УР(Т„) — скорость реакции прн температуре Т„, Š†энергия активации, Я, — теплота реакции за вычетом теплоты испарения, т — порядок реакции. В частном случае мономолекулярной реакции уравнение (53,2) можно представить в следующем виде: Кт~ 2т~„»2е лг (53,3) где р — плотность пара при температуре Т„. Из уравнения (53,2) вытекает, что зависимость скорости горения от давления имеет в данном случае такой же вид, как и для газовых смесей: а ьрс Так как согласно экспериментальным исследованиям скорость горения нитрогликоля линейно зависит от давления, то т= 2, т.
е. основная реакция, определяющая скорость горения этого вещества, является бимолекулярной. Непосредственное применение уравнения (53,2) для вычисления скорости горения весьма затруднительно, так как для большинства взрывчатых веществ значения т, Е и Т, неизвестны. Однако если уравнение (53,2) дает правильную связь между основными кинетическими константами и скоростью горения, то можно решить обратную задачу — на основании данных о скорости горения и зависимости ее от давления вычислить кинетические константы.
Такой расчет был проведен Беляевым для нитрогликоля; вычисленное значение энергии активации Е- 31 000 кал/моль оказалось близким к значению Е = = 35000 кал/моль, полученному Апиным из опытов по термическому разложению нитроглнколя, что по мнению Беляева, подтверждает правильность этой теории. Согласно Беляеву, горение в газовой фазе возможно лишь в том случае, если давление не превзойдет некоторого критического значения. В самом деле, по мере возрастания давления будет повышаться также температура кипения, а следовательно, и температура поверхностного слоя конденсированной фазы, вследствие чего «хвост» кривой Т„ — Т, будет глубже проникать внутрь вещества. Этот рост температур может быть весьма вначнтельным.
Так, для нитроглнколя прн атмосферном давлении /ь = 190' С, а прн 100 атм 1» —— 400' С. В соответствии сэтим существенно изменится соотношение между скоростью испарения и скоростью реакции. При достаточно большом давлении з 63) гоеепнп кондвнснтовлнных взеывчлтых ввщвств 409 за счет испарения будет отводиться лишь часть тепла, выделяемого реакцией, и горение проникнет в конденсированную фазу. Такой режим горения, по мнению Беляева, однако, не может быть устойчивым и должен практически мгновенно переходить в детонацию вследствие непосредственной бомбардировки еще иепрореагировавших молекул конденсированной фазы газоооб. разными продуктами взрывчатого разложения.
Напомним, что нормальный процесс распространения горения предполагает передачу энергии из зоны реакции в исходное вещество путем теплопроводности. Беляев считает, что описанный выше механизм горения вообще является характерным для большинства конденсированных ВВ. Если температура кипения ниже температуры, при которой в веществе идет интенсивная реакция, а теплота испарения значительно меньше энергии активации, то горение будет протекать в газовой фазе. Если температура кипения значительно превосходит температуру; при которой начинается интенсивное разложение, а теплота испарения близка к энергии активации, то разложение будет происходить в конденсированной фазе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
