Детонация в газовых смесях

Распространение пламени в газовых смесях происходит с постоянной скоростью только на расстоянии 0,5÷1,0 м от точки воспламенения. После этого пламя резко ускоряется и достигает скорости 2÷3 км/с.

Сгорание газовой смеси с такой скоростью называется детонацией.

Отметим характерные свойства детонации.

1. Детонационная волна распространяется с постоянной сверхзвуковой скоростью.

2. Скорость детонации зависит от состава горючей смеси.

3. При диаметре трубки более 2 см скорость детонации не зависит от ее диаметра.

4. Большая скорость сгорания смеси при детонации приводит к повышению давления.

Гидродинамическая теория детонации была создана академиком Я. Б. Зельдовичем. Рассмотрим механизм возникновения детонации в полузакрытой трубке (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема возникновения детонации.

 

При воспламенении взрывчатой смеси у закрытого конца трубки сначала наблюдается равномерное распространение пламени со скоростью u. Ускорение пламени возникает в результате горения смеси и расширения продуктов сгорания у закрытого конца трубки. Расширение газов вызывает сжатие свежей смеси и ее движение перед фронтом пламени. Скорость образующейся ударной волны в 4 ÷ 9 раз больше нормальной скорости пламени.

Механизм образования и распространения ударных волн

 

Как отмечалось, при взрыве парогазовых смесей и ВВ образуется достаточно высокое давление. Продукты взрыва под действием этого давления могут расширяться со скоростью, превышающей скорость звука. Такое расширение продуктов взрыва действует на окружающую среду как резкий удар, который вызывает динамическое сжатие окружающей среды. Вследствие такого динамического сжатия окружающей среды в них возникают ударные волны.

 

Ударная волна - это область сжатия с резким скачком давления, плотности и температуры на переднем фронте, которая движется в среде со сверхзвуковой скоростью.

 

Параметры взрыва

 

Тротиловый эквивалент. Энергия взрыва

Для оценки энергии взрыва специалисты используют понятие троти­лового эквивалента. Тротиловый эквивалент - это отношение удельной теплоты взрыва взрывчатой системы или вещества к теплоте взрыва 1 кг тротила (4,18∙10³ кДж/кг). Тротиловый эквивалент рассчитывается по формуле:

 

 

где Е_взр - удельная энергия (теплота) взрыва взрывчатой системы или ве­щества, кДж/кг;

Q_ТНТ = 4,18∙10³ кДж/кг - удельная теплота взрыва тротила (тринит­ротолуола). Индекс ТНТ при Q есть аббревиатура тринитротолуола, при­нятая для обозначения в технической литературе.

 

При определении тротилового эквивалента взрыва парогазовой сре­ды принимается:

 

 

где Q _н - низшая теплота сгорания.

При подсчете тротилового эквивалента взрыва взрывчатых веществ принимается

 

 

где Q _взр - удельная теплота взрыва взрывчатого вещества.

Используя значение тротилового эквивалента, можно энергию того или иного взрыва выразить через массу условно взорвавшегося тротила, воспользовавшись формулами:

 

где М_ТНТ - масса условно взорвавшегося тротила;

η_т - тротиловый эквивалент;

т - масса взорвавшегося горючего или взрывчатого вещества; γ - доля потенциальной энергии взрывчатой системы, перешедшая в механическую энергию взрыва.

При взрыве паров и газов в ограниченном объеме (помещении), взрывчатых веществ γ = 1. При взрыве паров и газов в неограниченном объеме γ = 0,4.

В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промыш- лености при эксплуатации пожаро- и взрывоопасных производств проис­ходили пожары с последующими взрывами, энергия которых в тротиловом эквиваленте была порядка 20-400 т тротила.

 

Литература:

Основная:

1. Девисилов, В. А. Теория горения и взрыва / В. А. Девисилов, Т. И. Дроздова, С. С. Тимофеева -  М.: ФОРУМ, 2012.- 352 с.

2. Портола, В. А. Расчет процессов горения и взрыва / В. А. Портола, Н. Ю. Луговцова, Е. С. Торосян – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 108с.

Дополнительная:

3. Андросов, А. С. Теория горения и взрыва  / А. С. Андросов, И. Р. Бегишев, Е. П. Салеев – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. – 237 с.

4. Андросов, А. С. Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва» / А. С. Андросов, Е. П. Салеев – М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. – 86с.

5. Баум, Ф. А. Физика взрыва / Ф. А. Баум, К. П. Станюкович, Б. И. Шехтер – М.: Гос. изд-во физ-мат. литературы, 1959. – 800с.

 

Internet- ресурсы

http://www.glossary.ru

http://yourlib.net/

http://www.biblio-online.ru/thematic/?5&id=urait.content.0067688A-9B5E-4C71-BCBB-D1383D5A414E&type=c_pub

http://znanium.com/bookread2.php?book=489911

  http://e.lanbook.com/

  http://biblioclub.ru/