Переход горения в детонацию

Переход дефлаграции в детонацию ( ДДТ ) — явление в воспламеняющихся смесях горючего газа и воздуха (или кислорода ), когда происходит внезапный переход от дефлаграционного типа горения к детонационному типу взрыва.

Описание

Дефлаграция . характеризуется дозвуковой пламени скоростью распространения , обычно намного ниже 100 метров в секунду (220 миль в час), и относительно небольшим избыточным давлением , обычно ниже 50 килопаскалей (7,3 фунта на квадратный дюйм) Основным механизмом распространения горения является фронт пламени, который движется вперед через газовую смесь - с технической точки зрения зона реакции (химическое горение) продвигается через среду за счет процессов диффузии тепла и массы . В самой мягкой форме дефлаграция может представлять собой просто вспышку пожара .

Напротив, детонация характеризуется сверхзвуковой скоростью распространения пламени, возможно, до 2000 метров в секунду (4500 миль в час), и значительным избыточным давлением, до 2 мегапаскалей (290 фунтов на квадратный дюйм). Основным механизмом распространения детонации является мощная волна давления , сжимающая несгоревший газ перед волной до температуры выше температуры самовоспламенения . С технической точки зрения, зона реакции (химическое горение) представляет собой самодвижущуюся ударную волну , в которой зона реакции и ударная волна совпадают, а химическая реакция инициируется сжимающим нагревом, вызванным ударной волной. Этот процесс аналогичен воспламенению в дизельном двигателе , но гораздо более внезапный и резкий.

При определенных условиях, главным образом с точки зрения геометрических условий (таких как частичное удержание и множество препятствий на пути пламени, вызывающих турбулентные вихревые токи пламени), дозвуковой фронт пламени может ускоряться до сверхзвуковой скорости, переходя от горения к детонации. Точный механизм до конца не изучен, ^{[ 1 ]} и хотя существующие теории способны объяснить и смоделировать как горение, так и детонацию, в настоящее время теории не существует. ^[update] который может предсказать явление перехода.

Примеры

Переход от горения к детонации был характерной чертой нескольких крупных промышленных аварий :

Взрыв облака паров пропана в 1970 году в Порт-Гудзоне.
Катастрофа во Фликсборо
Катастрофа Phillips 1989 года в Пасадене, штат Техас.
Ущерб, наблюдаемый в результате пожара в Бансфилде
Взрывы в Бейруте, 2020 г.

Приложения

Это явление используется в импульсно-детонационных двигателях , поскольку детонация обеспечивает более эффективное сгорание реагентов, чем дефлаграция, т. е. дает более высокие выходы. В таких двигателях обычно используется спираль Щелкина в камере сгорания , чтобы облегчить переход горения в детонацию. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Этот механизм также нашел военное применение в термобарическом оружии .

Связанные явления

Аналогичный переход от горения к детонации (ДДТ) был также предложен для термоядерных реакций, ответственных за инициирование сверхновых . ^{[ 4 ]} Этот процесс получил название « углеродная детонация ».

См. также

Ссылки

^ «Глава 6: Детонация» . Гекскон АС . Архивировано из оригинала 4 октября 2011 года.
^ Новый, ТД; ПК Паникер; ФК Лу; Его Величество Цай (2006). Экспериментальные исследования увеличения ДДТ с помощью спиралей Щелкина в ФДЭ (PDF) . 44-е собрание и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам, 9–12 января 2006 г., Рино, Невада.
^ Шульц, Э; Э. Винтенбергер; Дж. Шеперд (1999). Исследование перехода дефлаграции в детонацию для применения в системах зажигания импульсно-детонационных двигателей (PDF) . Материалы 16-го симпозиума JANNAF.
^ Гамезо, Вадим Н.; Оран Э.С. (2008). Механизмы инициирования детонации в сверхновых типа Ia . Американское астрономическое общество, собрание AAS № 211, № 162.08. Бибкод : 2008AAS...21116208G .

Леа, CJ; Х.С. Ледин (2002). Обзор современного состояния моделирования газовых взрывов, HSL/2002/02 (PDF) . Лаборатории здравоохранения и безопасности Великобритании.

[GexCon-1] «Глава 6: Детонация» . Гекскон АС . Архивировано из оригинала 4 октября 2011 года.

[2] Новый, ТД; ПК Паникер; ФК Лу; Его Величество Цай (2006). Экспериментальные исследования увеличения ДДТ с помощью спиралей Щелкина в ФДЭ (PDF) . 44-е собрание и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам, 9–12 января 2006 г., Рино, Невада.

[3] Шульц, Э; Э. Винтенбергер; Дж. Шеперд (1999). Исследование перехода дефлаграции в детонацию для применения в системах зажигания импульсно-детонационных двигателей (PDF) . Материалы 16-го симпозиума JANNAF.

[4] Гамезо, Вадим Н.; Оран Э.С. (2008). Механизмы инициирования детонации в сверхновых типа Ia . Американское астрономическое общество, собрание AAS № 211, № 162.08. Бибкод : 2008AAS...21116208G .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]