Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Detonate )
Перейти к навигации Перейти к поиску
О детонации в двигателях с искровым зажиганием см . Детонация в двигателе .
Не путать с обозначением .
Детонация тротила

Детонация (от латинского detonare  «громить вниз / вперед» [1] ) - это тип горения, включающий сверхзвуковой экзотермический фронт, ускоряющийся через среду, которая в конечном итоге приводит в движение фронт ударной волны, распространяющийся непосредственно перед ней. Детонации происходят как в обычных твердых и жидких взрывчатых веществах [2], так и в реактивных газах. Скорость детонации в твердых и жидких взрывчатых веществ , гораздо выше , чем в газообразные, что позволяет волновую систему , чтобы наблюдать с более подробно (выше разрешение ).

Самые разнообразные виды топлива могут присутствовать в виде газов, капельного тумана или пылевых взвесей. Окислители включают галогены, 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 возникают в замкнутых системах, но иногда и в больших облаках пара. Другие материалы, такие как ацетилен , озон и перекись водорода, могут взорваться в отсутствие кислорода . [3] [4]

Детонация была открыта в 1881 году двумя парами французских ученых Марселленом Бертло и П. Вьей [5], а также Эрнестом-Франсуа Малларом и Анри Луи Ле Шателье . [6] Математические предсказания распространения были впервые выполнены Дэвидом Чепменом в 1899 году [7] и Эмилем Жуге в 1905, [8] 1906 [9] и 1917 годах. [10] Следующий шаг в понимании детонации был сделан Зелом. 'Дович , фон Нейман и В. Деринг в начале 1940-х гг.

Теории [ править ]

Простейшая теория для предсказания поведения детонации в газах известна как теория Чепмена-Жуге (CJ), разработанная 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 ограничивает химию и процессы диффузионного переноса бесконечно тонкой зоной.

Более сложная теория была выдвинута во время Второй мировой войны независимо Зельдовичем , фон Нейманом и В. Дерингом . [11] [12] [13] 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 уплотнения следующий поток является дозвуковым, так что зона акустической реакции следует сразу за передним фронтом, условие Чепмена-Жуге . [14] [15] Есть также некоторые свидетельства того, что зона реакции является полуметаллической в ​​некоторых взрывчатых веществах. [16]

Обе теории описывают одномерные и стационарные волновые фронты. Однако в 1960-х годах эксперименты показали, что газофазные детонации чаще всего характеризовались нестационарными трехмерными структурами, которые можно предсказать только в усредненном смысле с помощью одномерных стационарных теорий. Действительно, такие волны гасятся, поскольку их структура разрушается. [17] [18] Теория детонации Вуда-Кирквуда может исправить некоторые из этих ограничений. [19]

Экспериментальные исследования выявили некоторые условия, необходимые для распространения таких фронтов. В замкнутом пространстве диапазон составов смесей топлива и окислителя и саморазлагающихся веществ с инертными веществами немного ниже пределов воспламеняемости, а для сферически расширяющихся фронтов намного ниже их. [20] Влияние увеличения концентрации разбавителя на расширение отдельных ячеек детонации было элегантно продемонстрировано. [21] Точно так же их размер увеличивается с падением начального давления. [22] Поскольку ширина ячеек должна соответствовать минимальному размеру защитной оболочки, любая волна, перегруженная инициатором, будет гаситься.

Математическое моделирование неуклонно продвигается к предсказанию сложных полей течения за реакциями, вызывающими удары. [23] [24] На сегодняшний день нет адекватного описания того, как структура формируется и поддерживается за неограниченными волнами.

Приложения [ править ]

При использовании во взрывных устройствах основной причиной повреждения от детонации является сверхзвуковой фронт взрыва (мощная ударная волна ) в окружающей области. Это существенное отличие от дефлаграций, при которых экзотермическая волна является дозвуковой, а максимальное давление составляет не более одной восьмой [ необходима цитата ] . Таким образом, детонация является функцией для разрушительной цели, в то время как горение благоприятно для ускорения снарядов огнестрельного оружия . Однако детонационные волны также могут использоваться для менее разрушительных целей, включая нанесение покрытий на поверхность [25] или очистку оборудования (например, удаление шлака [26] ) и дажевзрывная сварка металлов, которые в противном случае не смогли бы сплавиться. Импульсные детонационные двигатели используют детонационную волну для авиационно-космической тяги. [27] Первый полет самолета с импульсным детонационным двигателем состоялся 31 января 2008 года в аэрокосмическом порту Мохаве . [28]

В двигателях и огнестрельном оружии [ править ]

Непреднамеренная детонация, когда желательна дефлаграция, является проблемой для некоторых устройств. В цикле Отто или в бензиновых двигателях это называется детонацией, звоном или розовым светом, и это вызывает потерю мощности, чрезмерный нагрев и резкий механический удар, который может привести к возможной поломке двигателя. [29] [ Циркулярная ссылка ] [30] В огнестрельном оружии это может вызвать катастрофические и потенциально смертельные поломки.

Импульсные детонационные двигатели представляют собой разновидность импульсных реактивных двигателей, с которыми экспериментировали несколько раз, поскольку они обладают потенциалом для хорошей топливной экономичности.

См. Также [ править ]

  • Углеродная детонация
  • Детонатор
  • Детонация заряда взрывчатого вещества
  • Детонационный алмаз
  • Детонационный пламегаситель
  • Симпатическая детонация
  • Ядерные испытания
  • Преддетонация
  • Условие Чепмана-Жуге
  • Стук двигателя
  • Дефлаграция
  • Коэффициент относительной эффективности

Ссылки [ править ]

  1. ^ Оксфордские живые словари . "взорвать" . Британский и мировой английский . Издательство Оксфордского университета . Проверено 21 фев 2019 .
  2. ^ Фикетт; Дэвис (1979). Детонация . Univ. California Press. ISBN 978-0-486-41456-0.
  3. ^ Стулл (1977). Основы пожара и взрыва . Серия монографий. 10 . AIChem.E. п. 73.
  4. ^ Урбен, Питер; Бретерик, Лесли (2006). Справочник Бретерика по опасным реактивным химическим веществам (7-е изд.). Лондон: Баттервортс. ISBN 978-0-12-372563-9.
  5. ^ 6 М. Бертело, П. Вьей, "О скорости распространения взрывных процессов в газах", Comp. Ренд. Hebd. Séances Acad. Sci., Vol. 93, стр. 18-21, 1881 г.
  6. ^ 5 Э. Маллар и HL Ле Шателье, "О скорости распространения горения в газовых взрывчатых смесях", Comp. Ренд. Hebd. Séances Acad. Sci., Vol. 93, стр. 145-148, 1881.
  7. Перейти ↑ Chapman, DL (1899). VI. О скорости взрыва в газах. Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал, 47 (284), 90-104.
  8. ^ Жуге, E. (1905). О распространении химических реакций в газах. J. de mathematiques Pures et Appliquees, 1 (347-425), 2.
  9. ^ Жуге, EJ (1906). Матем. Pures Appl. 1. 1905. С. 347–425. И 2.
  10. ^ Жуге, Э. (1917). L'œuvre scientifique de Pierre Duhem. Делаю.
  11. ↑ Зельдович; Компанеец (1960). Теория детонации . Нью-Йорк: Academic Press. ASIN B000WB4XGE . OCLC 974679 .  
  12. ^ фон Нейман, Джон (1942). Отчет о проделанной работе «Теория детонационных волн» (Отчет). Отчет ОСРД № 549. Вознесенный номер ADB967734. Архивировано из оригинала на 2011-07-17 . Проверено 22 декабря 2017 .
  13. ^ Доринг, W. (1943). "Uber den Detonationsvorgang in Gasen". Annalen der Physik . 43 (6–7): 421–436. Bibcode : 1943AnP ... 435..421D . DOI : 10.1002 / andp.19434350605 .
  14. ↑ Чепмен, Дэвид Леонард (январь 1899 г.). «О скорости взрыва в газах» . Философский журнал . Серия 5. Лондон. 47 (284): 90–104. DOI : 10.1080 / 14786449908621243 . ISSN 1941-5982 . LCCN sn86025845 .  
  15. ^ Жуге, Жак Шарль Эмиль (1905). « Распространение химических реакций в газах » [О распространении химических реакций в газах] (PDF) . Journal de Mathématiques Pures et Appliquées . 6. 1 : 347–425. Архивировано из оригинального (PDF) 19 октября 2013 года . Проверено 19 октября 2013 . Продолжение в продолжении в Жуге, Жак Шарль Эмиль (1906). « Распространение химических реакций в газах » [О распространении химических реакций в газах] (PDF) . Journal de Mathématiques Pures et Appliquées . 6. 2 : 5–85. Архивировано из оригинального (PDF) 16 октября 2015 года.
  16. ^ Рид, Эван Дж .; Riad Manaa, M .; Жареный, Лоуренс Э .; Glaesemann, Kurt R .; Жоаннопулос, JD (2007). «Переходный полуметаллический слой в детонирующем нитрометане». Физика природы . 4 (1): 72–76. Bibcode : 2008NatPh ... 4 ... 72R . DOI : 10.1038 / nphys806 .
  17. ^ Эдвардс, DH; Томас, Г. О. и Нетлтон, Массачусетс (1979). «Дифракция плоской детонационной волны при резком изменении площади». Журнал гидромеханики . 95 (1): 79–96. Bibcode : 1979JFM .... 95 ... 79E . DOI : 10.1017 / S002211207900135X .
  18. ^ Д.Х. Эдвардс; GO Томас; М. А. Нетлтон (1981). А. К. Оппенгейм; Н. Мэнсон; Р.И. Солоухин; JR Bowen (ред.). «Дифракция плоской детонации в различных топливно-кислородных смесях при изменении площади». Прогресс в космонавтике и воздухоплавании . 75 : 341–357. DOI : 10.2514 / 5.9781600865497.0341.0357 . ISBN 978-0-915928-46-0.
  19. ^ Glaesemann, Kurt R .; Фрид, Лоуренс Э. (2007). «Улучшенная химическая кинетика детонации древесины-кирквуда» . Счета теоретической химии . 120 (1–3): 37–43. DOI : 10.1007 / s00214-007-0303-9 . S2CID 95326309 . 
  20. ^ Nettleton, MA (1980). «Пределы детонации и воспламеняемости газов в замкнутых и неограниченных условиях». Наука и технологии предотвращения пожаров (23): 29. ISSN 0305-7844 . 
  21. ^ Munday, G .; Уббелоде, А. Р. и Вуд, И. Ф. (1968). «Колеблющаяся детонация в газах». Труды Королевского общества А . 306 (1485): 171–178. Bibcode : 1968RSPSA.306..171M . DOI : 10,1098 / rspa.1968.0143 . S2CID 93720416 . 
  22. Перейти ↑ Barthel, HO (1974). «Прогнозируемые интервалы при взрыве водорода, кислорода и аргона». Физика жидкостей . 17 (8): 1547–1553. Bibcode : 1974PhFl ... 17.1547B . DOI : 10.1063 / 1.1694932 .
  23. ^ Оран; Борис (1987). Численное моделирование реактивных потоков . Издательство Elsevier.
  24. ^ Шарп, GJ; Причуда, JJ (2008). "Нелинейная клеточная динамика идеализированной модели детонации: Обычные клетки" (PDF) . Теория горения и моделирование . 12 (1): 1-21. Bibcode : 2007CTM .... 12 .... 1S . DOI : 10.1080 / 13647830701335749 . S2CID 73601951 .  
  25. ^ Николаев, Ю.А .; Васильев АА; Ульяницкий, Б.Ю. (2003). «Газовая детонация и ее применение в технике и технологиях (обзор)». Горение, взрыв и ударные волны . 39 (4): 382–410. DOI : 10,1023 / A: 1024726619703 . S2CID 93125699 . 
  26. ^ Huque, Z .; Али, М.Р. и Коммалапати, Р. (2009). «Применение импульсной детонационной технологии для удаления котельных шлаков». Технология переработки топлива . 90 (4): 558–569. DOI : 10.1016 / j.fuproc.2009.01.004 .
  27. ^ Kailasanath, К. (2000). "Обзор двигательных приложений детонационных волн". Журнал AIAA . 39 (9): 1698–1708. Bibcode : 2000AIAAJ..38.1698K . DOI : 10.2514 / 2.1156 .
  28. ^ Норрис, Г. (2008). "Импульсная мощность: демонстрация полета с импульсным детонационным двигателем знаменует веху в Мохаве" . Авиационная неделя и космические технологии . 168 (7): 60.
  29. ^ См. Статью о детонации двигателя.
  30. ^ Андре Саймон. «Не тратьте время на поиски стука ...» Академия высоких достижений .

Внешние ссылки [ править ]

  • Видео на Youtube, демонстрирующее физику взрывной волны
  • База данных по детонации лаборатории динамики взрыва GALCIT