Jump to content

Детонация

(Перенаправлено с «Взорванный »)
Детонация тротила и ударная волна

Детонация (от латинского detonare «громить вниз/вперед») [ 1 ] Это тип горения , включающий сверхзвуковой экзотермический фронт, ускоряющийся в среде, который в конечном итоге вызывает ударный фронт, распространяющийся прямо перед ним. Детонации распространяются сверхзвуково через ударные волны со скоростью около 1 км/сек и отличаются от дефлаграций , имеющих дозвуковые скорости пламени около 1 м/сек. [ 2 ] Детонация – это взрыв топливно-воздушной смеси. По сравнению с дефлаграцией, детонация не требует внешнего окислителя. Окислители и топливо смешиваются при возникновении горения. Детонация более разрушительна, чем горение. При детонации фронт пламени проходит через топливовоздушную смесь быстрее звука; в то время как при дефлаграции фронт пламени проходит через воздух-топливо медленнее, чем звук.

Детонация возникает как в обычных твердых, так и в жидких взрывчатых веществах. [ 3 ] а также в химически активных газах. Тротил, динамит и C4 являются примерами взрывчатых веществ большой мощности, которые детонируют. Скорость детонации в твердых и жидких ВВ значительно выше, чем в газообразных, что позволяет наблюдать волновую систему с большей детальностью (более высоким разрешением ).

Очень широкий спектр видов топлива может встречаться в виде газов (например, водорода ), капельного тумана или пылевых взвесей. Помимо дикислорода, окислителями могут быть соединения галогенов, озон, перекись водорода и оксиды азота . Газовые детонации часто связаны со смесью топлива и окислителя, состав которой несколько ниже обычных коэффициентов воспламеняемости. Чаще всего они происходят в замкнутых системах, но иногда встречаются и в больших облаках пара. Другие материалы, такие как ацетилен , озон и перекись водорода , взрывоопасны в отсутствие окислителя (или восстановителя). В этих случаях высвобождаемая энергия является результатом перестройки молекулярных компонентов материала. [ 4 ] [ 5 ]

Детонацию открыли в 1881 году четыре французских учёных Марселлен Бертло и Поль Мари Эжен Вьей. [ 6 ] и Эрнест-Франсуа Маллар и Анри Луи Ле Шателье . [ 7 ] Математические предсказания распространения впервые были сделаны Дэвидом Чепменом в 1899 году. [ 8 ] и Эмиль Жуге в 1905 году, [ 9 ] 1906 и 1917 годы. [ 10 ] Следующий шаг в понимании детонации был сделан Джоном фон Нейманом. [ 11 ] и Вернер Дёринг [ 12 ] in the early 1940s and Yakov B. Zel'dovich and Aleksandr Solomonovich Kompaneets in the 1960s. [ 13 ]

Самая простая теория, позволяющая предсказать поведение детонации в газах, известна как теория Чепмена – Жуге (CJ), разработанная примерно на рубеже 20-го века. Эта теория, описываемая относительно простой системой алгебраических уравнений, моделирует детонацию как распространяющуюся ударную волну, сопровождающуюся экзотермическим выделением тепла. Такая теория описывает химические процессы и процессы диффузионного переноса как происходящие внезапно после прохождения ударной волны.

Более сложная теория была выдвинута во время 2-й мировой войны независимо Зельдовичем , фон Нейманом и Дёрингом . [ 13 ] [ 11 ] [ 12 ] Эта теория, теперь известная как теория ZND , допускает химические реакции с конечной скоростью и, таким образом, описывает детонацию как бесконечно тонкую ударную волну, за которой следует зона экзотермической химической реакции. В системе отсчета стационарного скачка следующее течение является дозвуковым, так что сразу за передним фронтом следует зона акустической реакции, условие Чепмена-Жуге . [ 14 ] [ 9 ]

Есть также некоторые свидетельства того, что у некоторых взрывчатых веществ зона реакции является полуметаллической . [ 15 ]

Обе теории описывают одномерные и устойчивые волновые фронты. Однако в 1960-х годах эксперименты показали, что газофазные детонации чаще всего характеризуются нестационарными трехмерными структурами, которые можно предсказать только в усредненном смысле с помощью одномерных устойчивых теорий. Действительно, такие волны затухают по мере разрушения их структуры. [ 16 ] [ 17 ] Теория детонации Вуда-Кирквуда может исправить некоторые из этих ограничений. [ 18 ]

Экспериментальные исследования выявили некоторые условия, необходимые для распространения таких фронтов. В условиях изоляции диапазон составов смесей горючего с окислителем и саморазлагающимися веществами с инертами находится немного ниже пределов воспламеняемости, а для сферически расширяющихся фронтов - значительно ниже их. [ 19 ] Элегантно продемонстрировано влияние увеличения концентрации разбавителя на расширение отдельных детонационных ячеек. [ 20 ] Аналогично их размер увеличивается при падении начального давления. [ 21 ] Поскольку ширина ячеек должна соответствовать минимальным размерам сдерживания, любая волна, перегруженная инициатором, будет погашена.

Математическое моделирование неуклонно продвигается к прогнозированию сложных полей потока, вызывающих реакции шоков. [ 22 ] [ 23 ] На сегодняшний день никто не дал адекватного описания того, как структура формируется и поддерживается за неограниченными волнами.

Приложения

[ редактировать ]
Управляемое обезвреживание бомбы в Ираке , 2006 г.; В результате взрыва бомбы огонь и дым поднимаются вверх.

При использовании во взрывных устройствах основной причиной повреждения от детонации является сверхзвуковой фронт взрыва (мощная ударная волна ) в окружающей местности. Это существенное отличие от дефлаграции , при которой экзотермическая волна дозвуковая, а максимальное давление неметаллических пылинок примерно в 7–10 раз превышает атмосферное давление. [ 24 ] Таким образом, детонация используется для разрушительных целей, тогда как дефлаграция предпочтительна для ускорения снарядов огнестрельного оружия . Однако детонационные волны могут быть использованы и для менее разрушительных целей, в том числе для нанесения покрытий на поверхность. [ 25 ] или очистка оборудования (например, удаление шлака [ 26 ] ) и даже сваривать взрывом металлы, которые в противном случае не смогли бы расплавиться. Импульсные детонационные двигатели используют детонационную волну для движения в аэрокосмической отрасли. [ 27 ] Первый полет самолета с импульсно-детонационным двигателем состоялся в воздушно-космическом порту Мохаве 31 января 2008 года. [ 28 ]

В двигателях и огнестрельном оружии

[ редактировать ]

Непреднамеренная детонация при желательном возгорании является проблемой некоторых устройств. В цикле Отто или бензиновых двигателях это называется детонацией или звоном в двигателе, и это приводит к потере мощности. Это также может вызвать чрезмерный нагрев и резкий механический удар, который может привести к выходу двигателя из строя. [ 29 ] В огнестрельном оружии это может привести к катастрофическому и потенциально смертельному выходу из строя. [ нужна ссылка ] .

Импульсно-детонационные двигатели представляют собой разновидность импульсного реактивного двигателя, с которым неоднократно экспериментировали, поскольку это обеспечивает потенциал хорошей топливной экономичности. [ нужна ссылка ] .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Оксфордские живые словари . «взорвать» . Британский и мировой английский . Издательство Оксфордского университета. Архивировано из оригинала 22 февраля 2019 года . Проверено 21 февраля 2019 г.
  2. ^ Справочник по технике пожарной защиты (5-е изд.). Общество инженеров пожарной безопасности. 2016. с. 390.
  3. ^ Фикетт, Уилдон; Дэвис, Уильям К. (1979). Детонация . Издательство Калифорнийского университета. ISBN  978-0-486-41456-0 .
  4. ^ Столл, Дэниел Ричард (1977). Основы пожара и взрыва . Серия монографий. Том. 10. Американский институт инженеров-химиков . п. 73. ИСБН  978-0-816903-91-7 .
  5. ^ Урбен, Питер; Бретерик, Лесли (2006). Справочник Бретерика по реактивным химическим опасностям (7-е изд.). Лондон: Баттервортс. ISBN  978-0-123725-63-9 .
  6. ^ Бертло, Марселлин; и Вьей, Поль Мари Эжен; «О скорости распространения взрывных процессов в газах», Еженедельные отчеты сессий Академии наук, вып. 93, с. 18–22, 1881 г.
  7. ^ Маллард, Эрнест-Франсуа; и Ле Шателье, Генри Луи; «О скорости распространения горения в газообразных взрывчатых смесях», Еженедельные отчеты сессий Академии наук, вып. 93, с. 145–148, 1881 г.
  8. ^ Чепмен, Дэвид Леонард (1899). «VI. О скорости взрыва газов», The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science , 47 (284), 90–104.
  9. ^ Jump up to: а б Жуге, Жак Шарль Эмиль (1905). «О распространении химических реакций в газах» ( PDF) . Журнал чистой и прикладной математики . 6.1 . : 347–425 Архивировано из оригинала (PDF) 19 октября 2013 г. Проверено 19 октября 2013 г. Продолжение в Жуге, Жак Шарль Эмиль (1906). «О распространении химических реакций в газах» ( PDF) . Журнал чистой и прикладной математики . 6.2 . :5–85 Архивировано из оригинала (PDF) 16 октября 2015 г.
  10. ^ Жуге, Жак Шарль Эмиль (1917). Научная работа Пьера Дюэма , Дуэн.
  11. ^ Jump up to: а б фон Нейман, Джон (1942). Отчет о ходе работы по «Теории детонационных волн» (Отчет). Отчет ОСРД №549. Восходящий номер ADB967734. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г. Проверено 22 декабря 2017 г.
  12. ^ Jump up to: а б Дёринг, Вернер (1943). « О процессе детонации в газах » Анналы физики . 43 (6–7): 421–436. Бибкод : 1943АнП...435..421Д . дои : 10.1002/andp.19434350605 .
  13. ^ Jump up to: а б Zel'dovich, Yakov B.; Kompaneets, Aleksandr Solomonovich (1960). Theory of Detonation . New York: Academic Press. ASIN  B000WB4XGE . OCLC  974679 .
  14. ^ Чепмен, Дэвид Леонард (январь 1899 г.). «О скорости взрыва газов» . Философский журнал . Ряд 5. 47 (284). Лондон: 90–104. дои : 10.1080/14786449908621243 . ISSN   1941-5982 . LCCN   sn86025845 .
  15. ^ Рид, Эван Дж.; Риад Манаа, М.; Фрид, Лоуренс Э.; Глеземанн, Курт Р.; Джоаннопулос, JD (2007). «Переходный полуметаллический слой в детонирующем нитрометане». Физика природы . 4 (1): 72–76. Бибкод : 2008НатФ...4...72Р . дои : 10.1038/nphys806 .
  16. ^ Эдвардс, Д.Х.; Томас, ГО и Нетлтон, Массачусетс (1979). «Дифракция плоской детонационной волны при резком изменении площади». Журнал механики жидкости . 95 (1): 79–96. Бибкод : 1979JFM....95...79E . дои : 10.1017/S002211207900135X . S2CID   123018814 .
  17. ^ Эдвардс, Д.Х.; Томас, ГО; Нетлтон, Массачусетс (1981). А. К. Оппенгейм; Н. Мэнсон; Р.И. Солоухин; Дж. Р. Боуэн (ред.). «Дифракция планарной детонации в различных топливно-кислородных смесях при изменении площади». Прогресс в космонавтике и воздухоплавании . 75 : 341–357. дои : 10.2514/5.9781600865497.0341.0357 . ISBN  978-0-915928-46-0 .
  18. ^ Глеземанн, Курт Р.; Фрид, Лоуренс Э. (2007). «Улучшенная химическая кинетика детонации Вуда – Кирквуда» . Теоретическая химия . 120 (1–3): 37–43. дои : 10.1007/s00214-007-0303-9 . S2CID   95326309 .
  19. ^ Нетлтон, Массачусетс (1980). «Пределы детонации и воспламеняемости газов в замкнутых и незамкнутых ситуациях». Наука и технологии противопожарной защиты (23): 29. ISSN   0305-7844 .
  20. ^ Мандей, Г.; Уббелоде, А.Р. и Вуд, И.Ф. (1968). «Флуктуирующая детонация в газах». Труды Королевского общества А. 306 (1485): 171–178. Бибкод : 1968РСПСА.306..171М . дои : 10.1098/rspa.1968.0143 . S2CID   93720416 .
  21. ^ Бартель, ХО (1974). «Предсказанные расстояния при детонации водорода, кислорода и аргона». Физика жидкостей . 17 (8): 1547–1553. Бибкод : 1974PhFl...17.1547B . дои : 10.1063/1.1694932 .
  22. ^ Оран; Борис (1987). Численное моделирование реактивных потоков . Издательство Эльзевир.
  23. ^ Шарп, Дж.Дж.; Квирк, Джей-Джей (2008). «Нелинейная клеточная динамика идеализированной модели детонации: обычные ячейки» (PDF) . Теория и моделирование горения . 12 (1): 1–21. Бибкод : 2008CTM....12....1S . дои : 10.1080/13647830701335749 . S2CID   73601951 . Архивировано (PDF) из оригинала 5 июля 2017 г.
  24. ^ Справочник по технике пожарной защиты (5-е изд.). Общество инженеров пожарной безопасности. 2016. Таблица 70.1 Данные о взрывоопасности типичных порошков и пыли, стр. 2770.
  25. ^ Николаев, Ю. А.; Васильев А.А., Ульяницкий Б.Ю. (2003). «Газовая детонация и ее применение в технике и технологиях (обзор)». Горение, взрыв и ударные волны . 39 (4): 382–410. дои : 10.1023/A:1024726619703 . S2CID   93125699 .
  26. ^ Хуке, З.; Али, М.Р. и Коммалапати, Р. (2009). «Применение импульсно-детонационной технологии для удаления котловых шлаков». Технология переработки топлива . 90 (4): 558–569. дои : 10.1016/j.fuproc.2009.01.004 .
  27. ^ Кайласанатх, К. (2000). «Обзор применения детонационных волн в двигательной установке». Журнал АИАА . 39 (9): 1698–1708. Бибкод : 2000AIAAJ..38.1698K . дои : 10.2514/2.1156 .
  28. ^ Норрис, Г. (2008). «Импульсная мощность: демонстрация полета с использованием импульсно-детонационного двигателя знаменует собой важную веху в Мохаве» . Неделя авиации и космических технологий . 168 (7): 60.
  29. ^ Саймон, Андре. «Не тратьте зря время на то, чтобы услышать стук…» Академия высоких достижений .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f7a2565853e8bf60dc699b2e511cc30b__1723579500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f7/0b/f7a2565853e8bf60dc699b2e511cc30b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Detonation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)