Детонационная волна

Рис. 34. Схема горения в нестабильной, но стационарной детонационной волне с двумя поперечными волнами. Заштрихованы области воспламенения с малыми значениями периода индукции.

Во взрывных смесях устойчивая детонационная волна может быть рассмотрена как ударная волна, за которой следует взрывная волна. Обе эти волны сопутствуют друг другу. [c.405]

Для того чтобы проанализировать структуру детонационной волны, следует рассмотреть три области несжатые газы, сжатые, но не прореагировавшие газы и полностью сгоревшие газы позади реакционной зоны. Главное различие между первоначальными зонами горения и зонами позади ударного фронта заключается в том, что в последних поддерживается относительно высокая температура и плотность сжатых газов (см. рис. XIV.6 и XIV. ). Следовательно, изучение свойств ударных волн представляет интерес ради выяснения их возможного влияния на химические реакции. [c.406]

Сжатие и нагрев несгоревших газов ударной волной привадит к воспламенению. В этом случае во взрывной зоне в свою очередь выделяется большое количество тепла, которого почти достаточно для того, чтобы поддержать стационарную ударную волну. Если допустить, что между концом ударного фронта и началом взрывной волны имеется небольшая зона, где не идет никакой реакции, то газы в этой области будут более горячими, чем несжатые газы, и более плотными в результате большого давления. Следовательно, их локальная поверхностная скорость относительно ударного фронта меньше, чем скорость несжатых газов перед фронтом. Последующая химическая реакция, хотя и нагревает газы, по они сохраняют более высокую плотность, а следовательно, и более низкую скорость по сравнению с несгоревшими газами. Таким образом, относительно фронта детонации продукты горения удаляются с объемной скоростью, меньшей, чем скорость несгоревших газов. Это противоположно положению для обычной волны горения. Профиль одномерной детонационной волны схематично изображен на рис. XIV. . [c.405]

В этих условиях волна давления, выходящая из пламени и распространяющаяся со скоростью звука, непрерывно усиливается. Впереди реакционной зоны создается область очень резких изменений давления, плотности и температуры. Эта область в несгоревших газах движется со скоростью, превышающей скорость звука. Такое явление называется ударной волной. Если же оно начинается и сопровождается взрывом, то такое явление называется детонационной волной. [c.405]

По мере того как приближается к предельному или почти предельному значению при очень высоких степенях сжатия, температура сильно повышается. Способность ударной волны развивать очень большие мгновенные температуры дает ей возможность инициировать взрывы в газовых смесях и поддерживать детонационные волны. Это используется при исследовании кинетики очень быстрых реакций при относительно высоких температурах. (См. работы Дэвидсона и др. по реакциям в ударных трубах, а также работу Бриттена [65].) [c.409]

Б стационарной детонационной волне ударный фронт сопровождается зоной химической реакции (см. рис. XIV.7). Волна горения характеризуется уменьшением давления и увеличением температуры вдоль фронта пламени. Поскольку в стационарном состоянии фронт пламени должен следовать за ударным фронтом на определенном расстоянии, модель движущейся поверхности не является вполне пригодной для описания стационарной детонации. [c.409]

Для ацетилена известно так называемое нестационарное горение, при котором часть газа сгорает, а остальное количество сжимается перед фронтом пламени и детонирует уже в сжатом состоянии. Давление, развивающееся при таком разложении, может быть больше в 500—600 раз давления в отраженной детонационной волне. [c.20]

Первоначально в теориях стационарного распространения пламени детонационная волна рассматривалась в виде плоской волны. Фотографические исследования показали, что зона горения в детонационной волне не является плоской. В силу различных возмущений она теряет устойчивость и изгибается, появляются изломы. Соответственно нарушается устойчивость фронта ударной волны. Взаимодействие возмущений, возникающих в детонационной волне, приводит к неравномерному распределению температуры, образованию очагов очень высокой температуры, появлению пульсаций (пульсирующая детонация). [c.142]

Расширение газов при горении смеси приводит к образованию ударной волны, распространяющейся перед фронтом пламени. Сжатие газа и его нагревание в ударной волне тем сильнее, чем больше скорость движения расширяющихся газов, которая в свою очередь определяется скоростью горения. При быстром сгорании нагревание смеси в ударной волне может стать настолько значительным, что произойдет ее воспламенение перед фронтом пламени. В этом случае создается такой режим горения, при котором послойный процесс поджигания осуществляется не путем теплопроводности, а под действием импульса давления, т. е. путем детонации. Прн детонационном горении образуется комплекс ударной волны и следующей за ней зоны сжатой и нагретой реагирующей смеси — так называемая детонационная волна. [c.23]

Последующее развитие теории детонации было направлено на описание явления с учетом различных проявлений возмущений, возникающих во фронте детонационной волны. Теоретически рассматривались также некоторые свойства детонационной волны, в частности концентрационные пределы ее распространения. На основании анализа взаимосвязи между детонацией и обусловливающей ее химической реакцией горения Я. В. Зельдович пришел к выводу, что в детонационной волне вследствие большой скорости ее распространения изменение состояния газа происходит на длине свободного пробега молекулы (величина порядка см). В этих условиях теплопроводность и диффузия активных центров не могут принимать участия в механизме распространения детонационной волны. Способность смеси к распространению детонации определяется скоростью химических реакций, обусловливающих ее самовоспламенение во фронте детонационной волны. [c.142]

Из данного условия следует также, что внутри области детонации скорость детонации мало отличается от Ьт при различии между Ь и Dt более чем на 15% стационарное распространение детонационной волны невозможно. [c.143]

Вблизи концентрационных пределов, когда стационарное распространение детонационной волны лимитируется скоростью химической реакции, обусловливающей самовоспламенение смеси, на положение пределов существенно влияют активные присадки, не изменяющие термических свойств смеси [158]. В то же время эти активные присадки не оказывают заметного влияния на скорость стационарного распространения пламени. Так, например, не было обнаружено изменения скорости распространения детонационной волны в углеводородо-кислородной смеси при введении в нее небольших количеств тетраэтилсвинца. Эти наблюдения свидетельствуют об определенных различиях механизмов возбуждения детонационной волны и ее распространения. [c.143]

Самоускоряющееся распространение фронта пламени будет сопровождаться формированием ударной волны перед фронтом пламени. Данный процесс будет продолжаться до тех пор, пока во фронте ударной волны не создадутся условия, приводящие к самовоспламенению смеси и скачкообразному возникновению детонационной волны, распространяющейся стационарно. [c.143]

В результате первой серии опытов было обнаружено, что от перечисленных выше источников инициирования детонационная волна возникает только в пленках масла индустриальное 12. Минимальная толщина пленки, ири которой возможно возникновение детонации, изменяется в пределах 30—10 мкм в зависимости от начального давления кислорода и мощности источника зажигания. При толщине пленки 8—7 мкм и давлении 1,6 Мн м (16/сГ/сж ) происходит интенсивное горение без перехода в детонацию. При уменьшении толщины пленки этого масла интенсивного горения не наблюдается и мембрана остается целой. [c.76]

Давление в детонационной волне может превышать начальное давление газа в 20—30 раз, а при отраже НИИ волны от препятствий — в 40—60 раз. [c.23]

На рис. 32 (стр. 86) была показана установка разрывных мембран на огнепреградителе. Места установки мембран на трубопроводах возле огнепреградителей вы бирают с учетом характера возможного распространения детонационной волны, [c.88]

Поскольку получающаяся из общих законов сохранения формула дл5 скорости ударной волны содержит только величины, характеризующие начальное и конечное состояние газа, формула, выражающая скорость детонационной волны, должна быть аналогична этой формуле. Различие обеи. формул состоит лишь в том, что в ударной волне конечное состояние газа определяется величинами риг , отвечающими входящей в уравнение (47.1) температуре Т. В детонационной же волне конечное состояние газа, являющееся состоянием продуктов горения, определяется величипами и иг. отвечающими некоторой точке па детонационной адиабате. Таким образом, скорость [c.241]

Главная опасность детонации заключается в повышенной отдаче тепла от сгоревших газов в стенки камеры сгорания и днище поршня из-за более высоких температур в детонационной волне и увеличения коэффициента теплоотдачи в результате срыва пограничного слоя более холодного газа [18]. [c.69]

Если в двигателе используется такой бензин, в составе которого преобладают углеводороды, не дающие при окислении большого количества пероксидных соединений, то концентрация пероксидов в последних порциях смеси не достигает критических величин, и сгорание заканчивается нормально, без детонации. Если при окислении бензина в последних порциях смеси накапливается много пероксидных соединений, то при некоторой критической концентрации происходит их взрывной распад с последующим самовоспламенением. Появляется новый фронт горячего пламени, двигающийся по нагретой активной смеси, в которой предпламенные реакции близки к завершению. При этом появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость 2000—2500 м/с. Одновременно с появлением очага детонационного сгорания возникает новый фронт ударной волны. Многократное отражение ударных волн от стенок камер сгорания рождает характерный звонкий металлический стук высоких тонов. При детонационном сгорании двигатель перегревается, появляются повышенные износы цилиндро-поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. [c.10]

Во второй серии опытов для всех образцов масел определяли минимальную толщину пленки масла, при которой еще возможно распространение заранее сформированной детонационной волны. Детонационная волна образовывалась от зажигания горючей смеси во вспомогательной секции трубы. В этих опытах распространение детонации наблюдали для всех испытываемых образцов масел и при значительно более тонких пленках. В табл. 12 и 13 приведены средние данные ряда опытов. [c.77]

К сожалению, авторы не испытывали масло КС-28, которое оказалось наиболее стойким к воздействию детонационной волны, по данным работы [13, с. 74—80]. [c.80]

Дальнейшее развитие теории стационарной детонационной волны было получено в работах Зельдовича, Деринга и Неймана, использовавших для определения условий, обеспечивающих стационарное распространение волны, представление о конечной длительности реакции в детонационной волне [157]. При этом должно вьшолняться следующее условие поджигающая газ ударная волна должна распространяться по газу со скоростью, равной скорости детонации. [c.141]

Движение пламени по газовой смеси, называемое распространением пламени, бывает двух типов детонационная волна и волна горения. [c.32]

Детонационная волна является одним из видов ударной или взрывной волны, распространение которой сопровождается быстрым тепловыделением благодаря химическим реакциям во фронте пламени. При этом имеет место разность давлений перед и за фронтом волны скорость распространения детонационной волны превышает скорость звука. [c.32]

Таким образом, возникающая при детонации ударная волна сопровождается волной горения обе волны, в совокупности образующие детонационную волну, распространяются в газе с некоторой скоростью (скорость детонации), которая значительно превосходит нормальную скорость пламени и обычно составляет 2—5 км сек. [c.241]

Однако вытекающие и.з законов сохранения массы, количества движения и энергии уравнения вместе с уравнением состояния недостаточны для определения скорости детонации О, поскольку эти уравнения содержат четыре неизвестных величины рг> Т . и О, тогда как из законов сохранения и уравнения состояния могут быть получены лишь три неизвестных. Недостающее четвертое уравнение, по Чепмену, может быть определено условием касания прямой, проведенной на плоскости ру из точки РцУ к детонационной адиабате (кривой продукты реакции , рис. (57). Каждая частица газа в детонационной волне претерпевает следующие превращения. Сначала ударная волна сжимает газ, переводя его из точки р и в точку р = р , [c.242]

Гордон и Кнайп [42] утверждают, что очень малые количества воды (например, 0,004%) могут понижать второй предел до 100° в кварцевых сосудах диаметром 10 см. Качественно это наблюдалось и другими исследователями [43,44]. Об аналогичном поведении детонационных волн сообщалось Кистяковским [45]. [c.396]

Являясь экзотермическим соединением, ацетилен в опеределен-ных условиях способен к взрывному разложению в отсутствие кислорода или других окислителей. При этом выделяется энергия (8,7 МДж/кг), которой достаточно, чтобы разогреть продукты реакции до 2800 °С. Ацетилен способен к самопроизвольному разложению при горении, взрыве, детонации и каскадном разложении. Конечное давление газов зависит от характера разложения. При взрыве скорость распространения пламени достигает нескольких метров в секунду, а конечное давление, являясь функцией развиваемой температуры, возрастает по сравнению с начальным в 8—12 раз. Давление детонационной волны до ее отражения от стенки (а также от торца, изгиба и т. д.) может увеличиться в 30 раз, а в отражаемой волне в 50-—100 раз. [c.20]

Уже первыми исследователями детонационная волна рассматривалась как ударная, в которой развивается достаточно высокая температура, приводяшая к самовоспламенению прилегающих слоев смеси (волна ударного сжатия и сгорания). На основе этих представлений были разработаны основы теории детонации, получившей название гидродинамической теории [21, 144]. [c.140]

При возбуждении ударной волны в химически реагирующем горючем газе под влиянием адиабатического сжатия смеси наряду с ударной волной возникает волна горения. Совокупность этих волн представляет собой детонационную волну. В детонационной волне потери на трение и теплоотдачу при ее движении по трубе компенсируются энергией, выделяющейся в волне горения. Благодаря этому при распространении по трубе детонационной волны становится возможным стационарный режим, когда скорость детонации (О) остается постоянной. Условие существования стационарного режима определяется правилом Чемпена — Жуге, согласно которому стабильность детонационной волны достигается, если скорость потока сжатого газа за фронтом детонационной волны равна или выше скорости звука в этом газе. Правило Чемпена — Жуге позволяет найти на адиабате Гюгоньо точку с такими значениями Рг и Уг, которые обеспечивают стабильность детонационной волны и позволяют вычислить скорость детонации В [c.141]

Неоднородность фронта детонационной волны, возникающая в трубах малого диаметра, часто распространяется по спирали вдоль стенок трубы. Такого рода детонация получила название спйновой. [c.142]

Таким образом, существование концентрационных пределов распространения пламени должно быть следствием уменьшения скорости химической реакции горения вблизи предельного состава смеси. По Я. Б. Зельдовичу, скорость детонации (Л) при составе смеси, близком к предельному, связана со временем реакции (т) и потерями (а) при распространении детонационной волны вследствие гидравлического сопротивления трубы, турбулентного теплообмена и пр. следующим соотношением [c.142]

Ранее была показана взаимосвязь между интенсивностью излучения пламени и скоростью ее распространения. "Аналогичная взаимосвязь существует и в случае детонационного распространения пламени [21]. Так, было установлено, что фотографически регистрируемая длительность свечения за фронтом детонационной волны для смесей СН4+О2, СН4 + 2О2, 2N2 + O2, 2N2 + + O2 + N2 и 2N2 + 2O2 изменяется антибатно скорости детонации. По-видимому, детонационное распространение пламени также можно представить в виде АХП, при котором горение происходит вследствие самовоспламенения смеси в детонационной волне, а роль обратной связи играет излучение пламени. [c.143]

Г. С. Шимонаев считает [13], что для возникновения детонации необходимы два условия 1) в топливо-воздушной смеси должны протекать предпламенные реакции, соответствующие реакциям переходной зоны самовоспламенения, и 2) суммарная скорость экзотермических предпламенных реакций должна превышать некоторое критическое значение. Эти условия возникают при определенной степени сжатия, когда давление и температура последней части ТВС достигают таких значений, при которых ее самовоспламенение сопровождается самоускорением волн сжатия и появлением детонационных волн. [c.152]

Установка разрывных мембран все же полезна тем, что они, воспринимая на себя основной удар детонационной волны, уменьшают силу удара на аппараты и трубопроводы и дают возможность выходу наружу про-туктов взрывного разложения. [c.88]

Установлено что в большинстве случаев разрушению подвергалась разрывная мембрана, находившая СЯ перпендикулярно к фронту детонационной волны, в то время как другая мембрана, установленная параллельно, только деформировалась. Ис.чодя из этих соображений, огнепреградитель устанавливают под углом 90" к трубопроводу, чтобы набегающая детонационная волна была направлена по нормали к разрывной мебра-не, которая, таким образом, ослабляет удар на огнепреградитель. [c.89]

П ериой образования первичной детонационной волны на по-веркности пламени. Волны сжатия отра-жаются от концо трубки, нцдачем получаются быстрые колебательные движения пламени вперед и назад. [c.496]

Вначале самовоспламенение и образование нового фронта горячего пламени происходит в одном или нескольких местах несгоревшей части рабочей смеси. Одновременно с новым фронтом горячего пламени возникает новый фронт ударной волны. Ударные волны, распространяясь по нагретой активной смеси, в которой предпла-менные реакции близки к завершению, стимулируют самовоспламенение остальной несгоревшей части рабочей смеси. При этом скорость распространения фронта горячего пламени в оставшейся части смеси становится такой же, как и скорость распространения ударных волн, т. е. появляется детонационная волна сгорания, имеющая скорость до 2000—2500 м1сек. [c.67]

Были проведены две серии испытаний. Вначале определяли, при каких условиях в исследуемых системах возникает детонационная волна. Скорость детонации определяли методом развертки процесса по времени на фотопленку с помощью зеркального скоростного фоторегистра ЖФР-2. Подсчет скорости вели по наклону полосы самосвечения волны на фотопленке. Инициирование системы производили пиропатроном ЛБО-101-Б или электровоспламенителем БМ-2 в отдельных опытах пробовали подрывать навески азида свинца массой 1 г или навески пироксилинового пороха массой 5 г, а также использовали некоторые другие инициаторы. [c.76]

Чрезвычайно показательно, что кинетическая модель реакции и описанное поведение системы в области атмосферных давлений и температур 1000 К в реальных условиях в значительной мере определяет гидродинамический механизм воспламенения и горения газа в детонационных волнах. Многочисленные экспериментальные наблюдения и теоретический анализ течения газа в зоне химической реакции, инициируемой нагревом газа за ударным фронтом плоской детонационной волны, показывают, что одномерная и стационарная схема течения в такой зоне неустойчива. На практике реализуется локально нестационарная и многофронтовая модель детонационного горения 1119, 1521, в которой термическое состояние ударно нагретого газа варьируется в достаточно широких пределах — от 900 до 3000 К вместо 1800 К, характерных для стационарной детонационной волны Чепмена — Жуге. Это изменение температуры обычно представляется в виде непрерывного распределения вдоль искривленного [c.305]

Таким образом, предельные кинетические явления становятся определяющим фактором в осуществлении в реальных условиях многофронтовой физико-химической модели детонационного горения — явления, достоверность и универсальность которого сейчас уже не вызывает никаких сомнений. Интересно отметить, что и в условиях воспламенения за фронтом детонационных волн определенную роль может играть также изменение условий в газе перед включением процесса. Было замечено, что, как [c.306]

Изложенная классическая теория детонации была создана Зельдовичем 144, 45, 47] в 1940 г. (см. также работы [36, 255, 432]) на основе одномерной модели устойчивой детонационной волны. Позднейшие исследования показали (литературу см. в обзоре Стрелова [539]), что действительная газокинетическая и химико-кинетическая картина детонационной волны гораздо сложнее той идеализированной картины плоской ударной волны и плоского фронта химической реакции, которая слодует из классической теории и которая к тому же оказывается неустойчивой, что приводит к изломам и искривлениям волнового фронта и связанным с этим нарушениям идеальной картины детонационных волн. [c.242]

Было установлено также, что существуют так называемые сильная и слабая детонации, распространяющиеся со скоростями, отличными от скорости классических детонационных волн Чепмена—Жуге, что имеет место взаимосвязь между интенсивностью инициирующей ударной волны и кинетикой химической роакции и т. д. [c.242]