Химические реакции ударных волн

Источниками инициирования взрыва являются горящие или накаленные тела, электрические разряды, тепло химических реакций и механических воздействий, искры от удара и трения, ударные волны, солнечная радиация, электромагнитные и другие излучения. [c.21]

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]

Химические взрывы (энерговыделение в которых обусловлено экзотермической химической реакцией между горючим и окислителем. - Перев.) могут быть разных типов и рассматриваются подробно ниже. При взрывах конденсированного ВВ атомы углерода и водорода в молекулах вещества замещаются атомами азота. В объемных взрывах горючее (в твердой, жидкой или газовой фазе. - Перев.) рассеивается в воздухе (содержащем окислитель -кислород), образуя пылевые облака, паровые облака (топливовоздушные смеси. - Перев.) или газовые смеси. При некоторых обстоятельствах возможны неконтролируемые реакции, сопровождающиеся возрастанием давления в реакционном сосуде, который может полностью разрушиться, если нет предохранительного клапана. При этом могут образоваться ударная волна и осколочное поле. [c.244]

Механохимия изучает химические превращения, инициированные или ускоренные механическим воздействием. При воздействии механических сил происходит разрыв химических связей, изменение состояния поверхности твердых тел, образование неустойчивых высокоактивных частиц, дефектов в кристаллической решетке. Особенно заметные воздействия оказывают ультразвук на жидкости, сверхвысокое давление на твердые вещества, ударные волны на твердые тела и жидкости. При ультразвуковом облучении в жидкости возникают активные частицы, которые инициируют химические ракции. Ультразвуковая обработка применяется для очистки поверхности металлических предметов от жира и других загрязнений, для специального синтеза (например, приготовление вакцины). С помощью сверхвысоких давлений удалось превратить графит в алмаз, нитрид бора в боразон. Ударные волны, возникающие под воздействием направленного взрыва, на несколько порядков ускоряют химические реакции, например вулканизация каучука проходит за доли секунды. Понимание механохимических реакций очень важно для предупреждения вредных химических последствий механических воздействий на твердые и жидкие вещества. [c.121]

Регламентация огневых работ, ограничение нагрева оборудования до температуры ниже температуры самовоспламенения, применение средств, понижающих давление на фронте ударной волны, материалов, не создающих при соударении искр, способных инициировать взрыв взрывоопасной среды, средств защиты от атмосферного и статического электричества, блуждающих токов, токов замыкания на землю и т. д., применение взрывозащищенного электрооборудования, быстродействующих средств защитного отключения, ограничение мощности электромагнитных и других излучений, устранение опасных тепловых проявлений химических реакций и механических воздействий позволяют предотвратить появление источников инициирования взрыва. [c.21]

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]

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 изучения кинетики химических реакций в сильно нагретых газах в последние годы интенсивно используются ударные волны, генерируемые в ударных трубах. [c.300]

Для реакций полимеризации отмечены разрывы различных связей в молекулах мономеров, что не наблюдается при обычном нагреве. Разрывы определенных химических связей в свою очередь приводят к специфическому характеру процесса полимеризации. Так, например, при действии на акриламид ударных волн различной мощности выход и состав продуктов меняется образуются линейные цепи полиакриламида, который растворяется в некоторых растворителях, и нерастворимый полимер. Чем выше давление, тем большую часть выхода составляет нерастворимый полиакриламид, где полимерные цепи сшиты между собой амидными мостиками. При образовании такого полимера выделяется аммиак. Отсюда видно, что пространственно полимери- [c.217]

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]

При наличии химической реакции, идущей в волне горения, сопровождающей ударную волну, внутренняя энергия газа, кроме энергии сжатия, включает также химическую энергию, выделяющуюся в результате реакции. Обозначив энергию, выделяющуюся при превращении 1 г вещества, через Ж, в этом случае вместо уравнений (47.1) будем иметь так называемую детонационную адиабату т [c.241]

Затрагиваемая автором проблема знаний об опасностях, реализуемых при авариях современных промышленных предприятий, и умения грамотно действовать при защите населения и персонала, ликвидации их последствий актуальна и для нашей страны. Сущность проблемы заключается в том, что в условиях вовлечения в хозяйственную деятельность тысяч новых веществ, постоянной смены технологий такие знания (и разрабатываемую на их основе тактику действий в экстремальных ситуациях) можно получить путем лишь научных исследований, но не на основе чисто практического опыта. В качестве примеров для разбираемого в этой главе класса аварий -крупных пожаров укажем лишь на такие опасности (помимо отмеченных автором опасностей технологии сжиженных газов), как формирование огневых шаров жидких углеводородных топлив при вскипании продукта в резервуаре хранения при его горении (время возникновения - от 7 мин до 2 ч после воспламенения, поражаемая площадь - до 10 тыс. м ) усиление воздушных ударных волн, проходящих над горящими разлитиями топлив (коэффициент усиления от 2 до 10) развитие в ходе крупного пожара неконтролируемых химических реакций с образованием токсичных веществ (возможен широкий спектр поражающего действия). Каждое из отмеченных явлений для организации эффективного противодействия требует экспериментального и теоретического изучения, целенаправленного обучения личного состава и оснащения подразделений специальной техникой, прежде всего диагностической. Пока что и крупные аварии (например, авария 26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС), и более мелкие происшествия (например, авария 26 февраля 1988 г. в Чимкенте) свидетельствуют о нерешенности перечисленных вопросов. - Прим. ред. [c.208]

Так как скорость звука йу имеет тот же порядок величины, что и скорости движения молекул, формула для вязкости я, полученная из кинетической теории (например, формула (Е.24) вместе с уравнением (Е.31)), показывает, что величина Ад по порядку величины равна нескольким длинам свободного пробега молекул. Следовательно, при прохождении через скачок, интенсивность которого равна интенсивности наблюдаемых обычно детонационных волн, молекулы испытывают только два или три столкновения. Если учесть тот факт, что химические реакции могут происходить лишь нри молекулярных столкновениях, то отсюда следует, что для того, чтобы в ударной волне могло выделиться заметное ко.личество тепла, значение скорости химической реакции должно быть близким к максимальному из допустимых значений, определяемому частотой молекулярных столкновений. [c.209]

Параметры газа в этой горячей зоне (температура, давление, плотность) вычисляются обычно из законов сохранения массы, момента количества движения и энергии во фронте ударной волны. Скорость движения фронта по трубе при этом экспериментально измеряется. За развитием химической реакции в нагретом газе следят, изучая его состояние с помощью оптических или других методов в некоторой точке ударной трубы, когда газ проходит мимо смотровых окон. [c.301]

Если газ подвергается воздействию энергии извне (сжатие ударной волной, электроразряд, свет, корпускулярное воздействие), максвелл-больцмановское распределение нарушается, появляется повышенная концентрация богатых энергией молекул (частиц). С другой стороны, быстрое протекание химической реакции также может изменить и сде- [c.112]

Чрезвычайно интересным и перспективным оказалось то, что, несмотря на кратковременность сжатия (10 ...10 с), во многих веществах могут протекать различные процессы полиморфные превращения, химические реакции, изменение дефектности структуры и др. Эти превращения в зависимости от условий опыта и строения вещества могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Возникновение ударной волны в среде обусловлено тем, что при больших давлениях скорость звука растет с увеличением сжатия. В результате звуковая волна становится все более крутой, пока не возникнет разрывность состояния вещества перед волной и за ней. Область, где имеет место такая разрывность, называется фронтом ударной волны, который представляет собой узкий слой [для ионных кристаллов и металлов, например, ширина фронта равна около (2...3) X Х10 нм], в котором скачком меняются давление, тем- [c.212]

Для полимеризации твердых мономеров применялось ударное сжатие, посредством которого в исходных веществах можно было получать кратковременные давления до 50 ГПа, Оказалось, что для каждой реакции, в зависимости от химической природы мономера, существует нижний предел по давлению, при меньших значениях которого процесс совершенно не идет. Так, например, наинизшие давления, при которых осуществляется полимеризация, оказались для полимеризации акриламида 2 ГПа, для дифенилбутадиена 10 ГПа и для коричной кислоты - 30 ГПа. Полимеризация твердых мономеров с помощью ударных волн далеко не всегда протекает нацело для некоторых веществ выход полимера составляет несколько процентов (коричная кислота), но степень полимеризации может быть весьма высокой, где относительная молекулярная масса полимеров достигает миллиона. [c.217]

При рассмотрении целого ряда задач о горении можно пренебречь явлениями переноса, которые играли определяющую роль в задачах предыдущей главы. В уравнениях сохранения явлениям переноса соответствуют члены со старшими производными, так что, вообще говоря, явления переноса будут несущественными, если градиенты характеристик потока достаточно малы. Необходимая степень малости этих градиентов зависит, конечно, от величины других слагаемых в уравнениях сохранения. Большие значения слагаемых, описывающих конвективный перенос и нестационарность процесса, часто позволяют пренебречь явлениями переноса. Например, в потоках с большими дозвуковыми или сверхзвуковыми скоростями явления переноса обычно несущественны везде, кроме таких областей, как ударная волна или пограничный слой, где свойства потока быстро меняются с расстоянием. Данная глава посвящена системам, в которых скорости химических реакций конечны, а явлениями переноса можно пренебречь. [c.90]

Еще более эффективна ультразвуковая обработка. Диспергирующее действие ультразвука основано на мгновенных, носящих ударный характер, перепадах давления порядка тысяч атмосфер в возникающих кавитационных пузырьках. Кроме того, ультразвуковые волны, пронизывающие частицы, вызывают весьма большие разрушающие ускорения. В. В. Симу ров указывает, что помимо разрушения глинистых агрегатов, при ультразвуковой обработке могут происходить разрывы валентных связей решетки алюмосиликатов со слоистой и ленточной структурой. Свежеобразованные поверхности, как показал Г. С. Ходаков, приобретают высокую активность, позволяющую даже осуществлять химические реакции, необычные в нормальных условиях. В результате усиливаются структурообразование и кинетическая устойчивость системы. Ультразвуковая обработка может применяться также как метод улучшения структуры насыщенных солью буровых растворов, подвергшихся при введении защитных коллоидов стабилизационному разжижению. Чрезмерное диспергирование может, однако, привести к снижению качества бурового раствора вследствие дальнейшего углубления коагуляционного процесса и деструкции высокомолекулярных защитных реагентов. [c.81]

В этих методах радикалы являются продуктами химических реакций. Например, источником радикала СНз в ударных волнах может быть реакция [c.134]

Детонация — это мгновенный взрыв вещества, вызванный взрывом другого вещества или сотрясением, ударом. В результате детонации происходит распространение взрыва по взрывчатому веществу, обусловленное прохождением ударной волны с постоянной сверхзвуковой скоростью, обеспечивающей быструю химическую реакцию. Детонационный взрыв — взрыв, при котором воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате того, что ударная волна и зона химической реакции следуют неразрывно друг за другом с постоянной сверхзвуковой скоростью. Фронт пламени — это зона, в которой происходит интенсивный подогрев горючей смеси, диффузия активных центров и химическая реакция. [c.209]

О протекании химической реакции при распространении низкоскоростного режима в высокоплотных системах. Сейчас обш е-принятой является точка зрения, согласно которой химическая реакция при воздействии на ВВ слабой ударной волны возникает в отдельных локальных очагах — горячих точках. Оценка температуры ударного сжатия ВВ в волне с давлением 30 кбар показывает, что объемный разогрев вещества ничтожен и не превышает нескольких десятков градусов. Имеющиеся данные указывают на то, что при распространении низкоскоростного режима в высокоплотных системах очагами реакции являются в основном поры (неоднородности), существующие в заряде. К числу этих данных относятся следующие. [c.162]

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]

V V, отвечающую пересечению касательной к детонациопной адиабате с ударной адиабатной исходной смеси (см. рис. 69). Это сжатие происходит в результате нескольких столкновений каждой молекулы так, что реакция не успевает еще начаться Далее, в результате реакции давление и объем газа меняются вдоль касательной по направлению от точки р и к точке К, в которой необратиммо химические реакции закапчиваются. Дальнейшее расширение газа происходит изознтропически в нестационарной волне разрежения. [c.242]

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]

В смеси, воспламенившейся в результате сжатия ударной волной, развивается химическая реакция горения, осуществляющаяся при постоянной скорости распростравения. Последнее обстоятельство приводит к вытекающему из уравнения (47.3) линейному закону изменения состояния газа. Это изменение состояния на рис. 67 отвечает переходу газа по прямой иа состояния, изображаемого точкой I) и по составу тождественного состоянию исходной смеси (Л), в состояние продуктов реакции, изображаемое точкой [c.243]

При некоторых режимах работы двигателя на бензине может возникать детонационное горение, сопровождшощееся металлическим пуком в цилиндре двигателя, дымлением, падением мощности и повышением температуры двигателя. Детонационный (взрывной) процесс горения отличается скоростью распространения фронта пламени до 1500-2500 м/с. В рабочей смеси в тактах всасывания и сжатия ускоряются реакции окисления углеводородов и образования активных промежуточных продуктов (гидроперекисей). Особенно высока их концентрация в последних порциях несгоревшей части смеси, где наиболее высоки температура н давление. При детонации микроколичеств гидроперекисей возникают ударные волны (см. рис. 2), которые могуг вызывать перегрев двигателя, вибрационные напряжения на деталях камеры сгорания, удаление масляной пленки с поверхности гальзы цилиндра и повышение износа цилиндров и колец. Ресурс работы двигателя в условиях детонации может снизиться в 1,5-3 раза. Глубина и скорость химических превращений при горении рабочей смеси возрастают при повышении температуры и давления ( степени сжатия ) в камере сгорания. [c.39]

Фотохимические процессы могут вызывать химические изменения веществ. Природа получаемых продуктов, а также скорости их образования могут быть определены обычными химическими методами, рассматривать их здесь нет необходимости. Больший интерес представляют экспериментальные методы, связанные с использованием световых измерений. Определения интенсивностей поглощаемого (а иногда испускаемого) света существенны для нахождения квантовых выходов, которые в свою очередь необходимы для оценки эффективности первичных фотохимических процессов. Квантовые выходы могут быть определены с помощью классических методов, т. е. при освещении постоянным светом. Кинетическое поведение реакционных систем в условиях постоянного освещения обычно согласуется с предположением о наличии стационарных концентраций промежуточных соединений реакций. Дополнительные кинетические данные (например, константы скорости отдельных стадий) можно получить в экспериментах, проводимых в нестационарных условиях. Это уже было продемонстрировано на примерах фотолиза (см. конец разд. 1.8) и флуоресценции (см. разд. 4.3). Фотохимические процессы идеально подходят для изучения в нестационарных условиях потому, что освещение можно включить и выключить очень быстро с помощью импульсной лампы или механического затвора. Часто нельзя аналогичным образом начать и остановить термические реакции (хотя ударные волны могут использоваться для быстрого нагревания в газовых системах). Эта глава начинается с обсуждения источников света, применяемых в фотохими- [c.178]

Следует отметить, что непостоянство удельных теплоемкостей и наличие химических реакций в сопле не являются единственной причиной отклонений значений удельного импульса для реальных ракетных двигателей от значений, определяемых формулой (11). Здесь не были рассмотрены нерасчетные режимы , т. е. не были получены формулы для Isp в случаях, когда давление отличается от местного атмосферного давления. Не учитывалась возможность возникновения ударных волн в сопле при определенных условиях и их влияние. Не были упомянуты изменения в выражении для Igp, обусловленные расхождением линий тока на выходе сопла. Не учитывались также такие эффекты, как неполнота сгорания в камере (т. е. поступление в сопло неравновесной горяш,ей смеси), пристеночное трение при течении в сопле, теплопередача к стенкам сопла, регенеративное охлаждение стенок жидким топливом и т. д. Для ознакомления с этими вопросами можно рекомендовать читателю руководства [1 ]. [c.99]

ПЕРИОД ИНДУКЦИИ химической реакции, время от момента перемешивания реагентов или подогрева реакц. смеси до момента, когда становятся заметно отличными от нуля скорость р-ции или кол-во прореагировавшего в-ва при его ускоряющемся расходовании. Наличие П. и. указывает на сложный хим. или физ.-хим. характер явлений в ходе р-ции (см., напр,. Автокатализ). В цепных реакциях П. и. может быть связан с начальным накоплением химически активных центров, от концентрации к-рых зависит скорость образования конечных продуктов. При наличии ингибипюра, препятствующего развитию цепной р-ции, П. и. зависит от концентрации ингибитора. В простых экзотермич, р-циях, характеризующихся сильной зависимостью скорости от т-ры (см. Аррениуса уравнение), П. и. наблюдается, если начальная т-ра реагентов, теплоизолированных от окружающей среды, недостаточна для быстрой р-ции. П. и. в этих условиях наз. стадию медленного саморазогрева реагентов, сменяющуюся стадией бурного тепловыделения и быстрой р-цией (т. наз. адиабатич, взрыв). При сжатии и нагреве газообразной смеси реагентов ударной волной П. и. может наблюдаться и в эндотермич. р-циях. В этом случае он обусловлен релаксацией энергии внутримол. степеней свободы, гл. обр, колебательной, и сильной зависимостью скорости р-ции от этой энергии. [c.481]

Метод ударной волны имеет особые преимущества в неорганических синтезах, для осуществления которых традиционные методы либо требуют длительного времени, либо не могут быть использованы из-за разложения реагентов или продуктов при высоких температурах, необходимых для данного химического взаимодействия. В этом смысле особый интерес представляют синтезы ферритов, силикатов и гранатов, которые при обычных условиях исключительно трудоемки. Интересным примером, иллюстрирующим эффективность ударного сжатия, является реакция следующего типа 2КХ +PtY2 = K2PtX2Y2, где X и Y — галогены. [c.114]

Особый интерес представляет механическая активация твердых тел и реакций с их участием, так как установлено, что часть механической энергии, подведенной к твердому телу во время активации, усваивается им в виде новой поверхности, линейных и точечных дефектов. Кроме того, известно, что химические свойства кристаллов определяются наличием в них дефектов, их природой и концентрацией. С помощью механической активации удается использовать в химии ряд физических явлений, происходящих в твердьгх телах при больших скоростях деформации. К ним относятся изменение структуры твердьгх тел ускорение процессов диффузии при пластической деформации образование активных центров на свежеобразованной поверхности возникновение импульсов высоких локальных температур и давлений и т. д. Впервые к использованию этих эффектов в химии подошли исследователи, изучавшие влияние ударных волн и высоких давлений со сдвиговыми деформациями на свойства твердых тел. Однако указанные эффекты можно получить и с использованием измельчительного оборудования, что с практической точки зрения более целесообразно и осуществимо, особенно для непрерывных процессов. В результате совершенствования этого оборудования появились аппараты с высокой интенсивностью подвода энергии, и роль этих эффектов при измельчении сильно возросла. [c.803]

На основе существуюш,их представлений переход горения твердых ВВ в детонацию можно представить обш,ей упрош енной схемой (рис. 44), которая включает следующие стадии I — устойчивое послойное горение II — конвективное горение III — низкоскоростной (800—3500 м1сек) режим взрывчатого превращения IV стационарная, нормальная детонация. Каждая из стадий различается механизмом передачи тепла и возбуждения реакции. Основной формой передачи тепла при послойном горении является молекулярная теплопроводность, при конвективном горений — вынужденная конвекция. Низкоскоростной режим возбуждается волнами сжатия, детонация — ударной волной. В общем случае развитие процесса является ускоренным. Конечным результатом ускоренного развития является формирование ударной волны, которая инициирует детонацию ВВ, если ее амплитуда превышает критическое значение, и система является детонационноспособной (диаметр заряда превышает критический диаметр детонации). Существование и пространственная протяженность отдельных стадий зависят от структуры заряда, физико-химических (индивидуальных) свойств ВВ, условий проведения опыта. Так, например, конвективное горение может непосредственно переходить в детонацию, минуя стадию III. Развитие процесса может заканчиваться установлением низкоскоростного режима с постоянной скоростью, и возникновение детонации отсутствует. [c.110]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология