детонация

ДЕТОНАЦИЯ (франц. detoner - взрываться, от лат. detono - гремлю) - распространение в пространстве хим. превращения, сопровождающегося выделением теплоты, с пост. скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. В отличие от горения, где распространение пламени обусловлено медленными процессами диффузии и теплопроводности, Д. представляет собой комплекс мощной ударной волны и зоны хим. превращения. Ударная волна сжимает и нагревает вещество, вызывая в нём хим. превращение. С др. стороны, теплота, выделяющаяся в результате реакции, поддерживает ударную волну, не давая ей затухать. При этом обеспечивается устойчивый стационарный режим волны Д. с пост. скоростью. Скорость детонац. волн достигает 1-3 км/с в газовых смесях и 8-9 км/с в конденсиров. взрывчатых веществах (BB), а давление на фронте распространяющихся в них детонац. волн составляет 1-5 МПа (10-50 кгс/см²) и 10 ГПа (10⁵ кгс/см²) соответственно. После прохождения детонац. волны сильно сжатые продукты реакции быстро расширяются - происходит взрыв.

Классич. теория Д., основанная на ур-ниях механики сплошной среды и законах термодинамики,- т. н. гидродинамич. теория Д.- позволяет по нач. состоянию смеси, теплоте хим. превращения Q и свойствам продуктов детонации найти D - скорость Д., давление р, темп-ру T, уд. объём продуктов V и скорость их движения. Вследствие быстрого протекания хим. реакции в волне Д. зона между ударной волной и продуктами детонации (рис. 1) может рассматриваться как поверхность разрыва. На ней должны выполняться законы сохранения массы (1), импульса (2) и энергии (3):

индексы 1 и 3 означают соответственно исходное состояние и состояние в конце хим. реакции, - внутр. энергия единицы массы, v - скорость продуктов Д. относительно её фронта. К этим отношениям должно быть добавлено т. н. условие Чепмена - Жуге, согласно к-рому скорость Д. относительно продуктов реакции равна местной скорости звука в продуктах Д. Оно эквивалентно требованию отсутствия возмущений фронта волны Д. со стороны продуктов реакции, чем обусловлено осн. свойство Д.- постоянство её скорости.

Рис. 1. Распределение давления в плоской детонационной волне: I - исходное вещество; II - фронт ударной волны; III - зона химического превращения; IV - продукты детонации; р₀ - начальное давление; х - пространственная координата.

При возникновении Д. в газе вначале ударная волна адиабатически переводит вещество из состояния 1 в состояние 2 (рис. 2), затем в результате хим. реакции происходит переход 2-3 по прямой, касающейся адиабаты CD (описывает расширение продуктов реакции после завершения хим. реакции); точка касания 3 определяет поведение вещества за фронтом волны Д.

Рис. 2. Диаграмма состояния при детонационном переходе: AB - адиабатический процесс при ударной волне без химического превращения; CD - адиабата, соответствующая поведению вещества после завершения химической реакции; 1-2 - прямая Михельсона.

Скорость Д. в газе зависит от Q и показателя адиабаты : . Для вычисления скорости Д. в жидких и твёрдых средах необходимо знать ур-ние состояния продуктов реакции в них, имеющиеся сведения о к-ром чаще всего недостаточны.

Идеальный плоский фронт Д., как показывают эксперим. и теоретич. исследования, часто оказывается неустойчивым к малым возмущениям, поэтому он пульсирует и имеет сложную структуру,- появляются изломы, темп-pa газа в которых выше, чем в плоском фронте. В результате могут образоваться очаги самовоспламенения .

При нек-рых условиях потери энергии вовне становятся значительными, что не позволяет развиваться Д. Существуют пределы Д. по концентрации горючего, диаметру заряда, давлению.

Помимо рассмотренного классич. типа Д., исследуются специфич. типы Д.: т. н. спиновая, характеризующаяся движением волны по спирали; Д. в гетерогенных системах; малоскоростная Д.

Лит. см при ст. Взрыв. Б. В. Новожилов.

   <<      Предметный указатель      >>