1612727554-7422b28b59adffe5b22446310d759047 (828458), страница 76
Текст из файла (страница 76)
131. Здесь ясно видны яркне линии волн сжатия впереди фронта пламени. Еще более убедительным доказательством образования ударной волны прн горении газовых смесей может служить Рис. 131. Возникновение волн сжетия в горящей газо- вой смеси (СНл+ 2Оз). самовоспламенение газа на более нлн менее значительных рас. стояниях впереди фронта пламени. Таким образом, механизм перехода горения в детонацию сводится к следующему. Горение вызывает движение газа н образование ударной волны сжатия впереди фронта пламени.
'Вследствие этого распространение пламени осуществляется в уже сжатом н движущемся газе. По мере ускорения пламени растет н амплитуда ударной волны, обусловливая последующее его ускорение н т.д. Детонация возникает в тот момент, когда интенсивность ударной волны достигает некоторого критического значения, прн ко. тором обеспечивается воспламенение газа н постоянство режима на фронте волны за счет энергия реакции.
419 а б51 пеееход говения в детонацию В условиях нормального горения скорость пламени относительно неподвижного газа в самых быстрогорящих смесях не превышает 10 м/сек. Однако переход горения в детонацию сопровождается ускорением пламени. Скорость горения проходит через промежуточные значения порядка сотен м/сек. Движение пламени со скоростями, слишком большими для распространения путем теплопроводности н слишком малыми для распростране- В ния по детонационному механизму, легко объясняется из усло- г вий протекания процессов в 1А/Ра! иа движущемся газе. ! Эти промежуточные между 'детонацией и медленным горением скорости соответствуют на Рис.
132 Кривая Гюгоиио. кривой Гюгонио участку ВС, которому, как известно, не отвечают никакие вещественные решения (рис. 132). Точка й4 отвечает процессу стационарной детонации; точка Р— процессу стационарного медленного горения, если пламя распространяется по газу, параметры состояния которого ро, оо. Если исходить из изложенного выше процесса нестационарного распространения пламени, то можно в рамках гидродинамической теории построить режим с любой скоростью пламени и, в частФооил! лаоаслв 11 ности, со скоростями ме- Фмалг жду медленным горением ! и детонацией. Теоретиче- Слал!оя ское исследование неста- фсдулан! двло!лаоса ционарных процессов года л!вия ! Н саво рения было впервые про! ! !ь , ведено Зельдовичем.
Рассмотрим процесс В 1 У 'х распространения пламени в длинной трубе постоянРис. 133. Распределение давления в горя- ного сечения при поджи- ганни газа у закрытого конца. В соответствии с установленным выше механизмом горения мы через некоторый промежуток времени после воспламенения получим распределение давлений в газе, показанное на рис.
133. Объем, ограниченный сечениями Π— 1, занят покоящимися продуктами горения, объем 1 — 11 — сжатой движущейся смесью; (гл. х 420 ГОРение ВВРНВчАтых веществ 2 2(г со 1 ,2 А Р1 Ро= — Р с) 1 2 22 сот и,= — 01~1 — — ~, в+ ! '(, Ра„~' 2во / со '1 о — о= — ~1 —— о 1 В+1~ 2/~ Р,,/ (55,2) где со — скорость звука в исходном газе. Для зоны горения (поверхность раздела 1 — П), в которой выделяется теплота реакции Я, соответствующиеуравнения примут следующий вид: 2 Р1(Р, и1)2 ( с, в+1 '! (Рт — ит)2 ( + !)' 2 Ро — и1 г па — и, = +, !11 — (1+ 2)), О 1 с 1+1 1 (Р— и )2 ( +Ч)' (55,3) (55,4) (55,5) где 1 , (55,6) с, (Р2 — и,)2 !— (Рт — иг)2 справа от объема П простирается покоящаяся невозмущенная смесь.
С течением времени давление, скорость и остальные параметры зоны 1 — П возрастают, в свою очередь обусловливая ускорение пламени. Однако по мере увеличения скорости пламени уменьшается различие между последней и скоростьюудар- ной волны и, наконец, и при скорости, равной скорости детонации, они совпадут. Пусть параметры состояния исходной невозмущенной смеси Рис.
134. Распределение параметров в горл- Ро, "о ио = б! пара щем газе. метры ударной волны, распространяющейся в нереагировавшем газе р1, оь 01 и и1! для продуктов горения будем иметь: ра, Оа, 02 и иа (рис. 134). Напишем для этого случая соответствующие зависимости, вытекающие из трех законов сохранения. Для поверхности разрыва П получим уже известные нам соотношения: 421 а бб) пвгвход говвння в детонхцню Поиведенные уравнения удовлетворяют граничным условиям. В самом деле, в случае Я = О т) = 1 и уравнения принимают внд, обычный для ударных волн.
В случае детонации мы имеем 1)х — иг= Р'2(йх — 1) Я+.со н и = О, т. е. мы получаем уже известные нам соотношения для процесса, распространяющегося в движущемся газе, вытекаюшие из гидродинамической теории детонации. Если воспламенение газа было произведено у закрытого конца трубы, то и,=О. (55,7) Таким образом, для интересуюшего нас случая мы имеем шесть уравнений с семью неизвестными: рь пь иь Оь рь ох, Ов. Задаваясь одним из этих параметров, например значением скорости пламени 1)ь которая может быть легко определена экспериментально, можно рассчитать значение всех остальных параметров в зоне горения. Условия иестацнонарного режима горения и перехода его в детонацию могут быть более наглядно установлены путем графической интерпретации полученных соотношений (рис. 135). 11 Кривая 1 есть адиа- 1 бата Гюгонио для ударной волны; кривая П вЂ” и для конечных продуктов реакции.
Переход от кривой 1 к кривойПсоответствует выделению теплоты реакции. л(ъ,~М Пусть в результате процесса горения газ впе- и реди фронта пламени Рис. 135. Переход нестационарного горе- сжат ударной волной до ния в детонацию. состояния, отвечающего точке В. При этом состоянии исходной смеси фронт пламени приобретет'местную скорость, отвечающую на аднабате П состоянию продуктов горения в точке Оь лежащему выше точки О.
Если бы давление сжатой смеси впереди фронта пламени сохранилось бы на достигнутом уровне, то точка 1г отвечала бы стационарному распространению процесса горения при данных условиях. По мере дальнейшего распространения процесса амплитуда ударной волны увеличивается, что соответствует перемещению точки В вверх вдоль адиабаты 1, Очевидно, что точка 0~ при 422 [гл.
х говение взвывчлтых веществ этом также будет перемещаться вдоль восходящей ветви кривой П, стремясь совпасть с точкой М, а следовательно, скорость горения будет соответственно возрастать. Наконец, когда давление на фронте ударной волны достиг-' нет своего критического значения рим при котором скорость ее станет равной скорости детонации, то произойдет самовоспламенение сжатого газа, а состояние продуктов реакции будет описываться точкой М.
Только при этом режиме распространение ударной волны и следующей за ней зоны реакции станет стационарным. В течение всего 'преддетонационного периода распространение пламени относительно сжатого движущегося газа определяется законами теплопередачи. По отношению ' к невозмущенной и неподвижной газовой смеси процесс распространения пламени будет обусловливаться комбинированным р ле „е «ударно-тепловым» мег скатов лиг слихоию хаиизмом переноса энергии.
Рис. 136. Искривление фронта пламени. Согласно К. И. Шел- кину, по мере движения сжатого газа впереди фронта- пламени прилегающие к стенке слои газа тормозятся, и соответственно ускоряетсядвижение его в центре трубы; при этом -возникает турбулизация газа. Распределение скорости по сечению становится неравномерным, что приводит к перестройке профиля фронта пламени (рис. 1Зб) и увеличению поверхности горения.
Пропорционально увеличивается и количество вещества, сгорающего в единицу времени. Повышение скорости горения в свою очередь приводит к увеличению скорости движения газа и т. д. Условия перехода горения в детонацию в результате само- ускорения пламени могут быть зафиксированы путем фотогра. фирования процесса по теневому (шлирен) методу на движущейся фотопленке. Одна из таких фотографий приведена иа рис. 137. Переход в детонацию произошел в точке С впереди фронта пламени.
Фронт пламени в этот момент находился в точке О. Механизм перехода горения в детонацию для конденсированных ВВ принципиально не отличается от механизма для газовых смесей. Однако переход этот происходит при сушественно отличных условиях. При горении конденсированных ВВ практически исключается возникновение ударной волны и движение вещества впереди фронта пламени; формирование ударной волны происходит позади фронта пламени в горячих газо- 423 а бб! пвгеход гогвния в детонацию образных продуктах реакции. Характерной особенностью реакции горения конденсированных ВВ является резкое увеличение объема в зоне пламени, вследствие перехода вещества в газообразные продукты.
При недостаточно быстром отводе втих газов давление в сфере реакции будет непрерывно повышаться, а скорость горения — возрастать. Когда скорость горения достигает критического значения, устойчивое горение становится невозможным н горение переходит,в детонацию. Рнс 137. Переход горения газовой смеси в детонацию. Нарушение стационарного режима горения может также происходить вследствие искривления фронта пламени, что ведет и увеличению поверхности горения. Условия устойчивого горения конденсированных ВВ в общем виде были сформулированы Беляевым. Горение по Беляеву может быть устойчивым лишь тогда, когда газоприход вследствие реакции н газоотвод находятся в равновесии.
Если скорость газоприхода больше скорости газоотвода, то процесс будет ускоряться. Нарушение газового баланса — важнейшая причина перехода горения в детонацию. Критическая скорость устойчивого горения, таким образом, может быть определена из условий равенства скоростей газоприхода и газоотвода: и,=из, где и1 — скорость газоприхода, равная скорости горения в г(смз сея, иа — скорость газоотвода, 424 1гл. х ГОРение ВЗРыВчатых Веществ Согласно приближенному расчету Беляева критическая скорость горения при атмосферном давлении для обычных ВВ порядка 7 — 8 г/смх сгк. Если иГ) 7 — 8 г/сиз гик, то при любом начальном давлении горение будет нестацнонарным, ускоряющимся. У большинства взрывчатых веществ нормальная скорость горения значительно ниже рассчитанных критических скоростей.
Тем не менее нарушение стационарного режима горения этих ВВ все же при определенных условиях возможно и в первую очередь благодаря искривлению фронта пламени. Изложенные выше соображения. нашли свое дальнейшее развитие в работах Андреева. Он подробно рассмотрел соотношение между газоприходом и газоотводом при различных законахгорения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
