Лекция 5. Физическая сущность детонации промышленных вв.
Начальный импульс.
Чтобы вызвать самораспространяющую реакцию взрыва, к ВВ необходимо приложить некоторое количество энергии, достаточное для возбуждения реакции – начальный импульс. Минимальный начальный импульс определяет чувствительность ВВ к внешним воздействиям. Наиболее чувствительные - инициирующие, вторичные промышленные ВВ менее чувствительны к внешним воздействиям, требуют больших начальных импульсов. В качестве начального импульса для возбуждения используется тепловое воздействие. При нагревании какого- то объема ВВ повышается энергия единичных активных молекул до величины, необходимой для разрушения кристаллических связей и распада других молекул, при их столкновении в ВВ возбуждается химическая реакция. Таким образом, в качестве начального импульса всегда используем тепловой начальный импульс. Инициирующие ВВ возбуждаются непосредственно тепловым возбуждением (искра огнепроводного шнура, луч огня электродвигателя – в детонаторах, для промышленных ВВ начальным импульсом является взрыв небольшого количества инициирующих ВВ. Общепризнанной теорией детонации является теория гидродинамической детонации.
3
2
4 1
1 – фронт детонационной волны
2 – фронт ударной волны в воздухе
3 – фронт волны разряжения
4 – расширяющие продукты взрыва
5 – не расширившиеся продукты взрыва
6
– исходное составляющее ВВ (
)
При взрыве детонатора (начальный импульс) продукты его взрыва производят резкий удар по прилегающему к детонатору слою ВВ и формируют ударную волну, которая имеет следующие способности:
скорость распространения больше скорости звука
распространяется в виде однократного скачка давления, плотности и температуры
среда движется за фронтом ударной волны
скорость ударной волны зависит от величины амплитуды УВ.
В результате действия ударной волны на ее фронте за счет разогрева узкого слоя ВВ возбуждается интенсивная химическая реакция с выделением тепла и газа. Энергия этого слоя поддерживает постоянство параметров ударной волны и скорости. Ударная волна и следующая за ней зона химической реакции называется детонационной волной.
Р
P
А
B
M C
P0 D
A
t a R
Рис. 2. Изменение давления детонационной волны с расстоянием.
В – точка
АВ – фронт УВ
ВС – зона химической реакции (химический пик)
СD – зона падения движения – расширение ПВ
а – ширина зоны химической реакции
За точкой М заканчивается химическое превращение и начинается адиабатическое расширение продуктов взрыва. Если здесь происходит какие – то адиабатические процессы с выделением энергии (ВВ с алюминием), то они уже не оказывают влияние на параметры ударной волны в заряде. Ширина зоны (химического пика) очень мала, для порошкообразных – доли мм, гранулированных – 3 – 4 см. Время химической реакции за фронтом мало, доли миллисекунд. Детонация распространяется по массе ВВ, если обеспечивается динамическое равновесие между фронтом детонационной волны и фронтом волны разряжения. Если оно нарушается, то может увеличиться Vд (при увеличении объема газов (5) или затухает, когда волна разряжения соприкасается с детонационной волной. Vд – скорость детонации зависит от теплоты взрыва и может быть определена:
При
кДж/кг
– теплота взрыва при постоянном объеме.
К
– показатель политропы, в зависимости
от плотности ВВ изменяется от 1,3
до К = 3,4
,
при К = 3
,
то есть
- сверхзвуковая и зависит от энергетической
характеристики ВВ (
).
-
давление во фронте детонационной волны
(для аммонита – 59*108
Па).
Реальные порошкообразные, гранулированные ВВ имеют несколько другую физическую сущность детонации. Скорость детонации меньше 6 км/с, тепловой энергии, которая будет выделятся при прохождении детонационной волны будет недостаточно для возбуждения детонации во всем сечении или объеме ВВ. Реакция будет возникать в отдельных очагах, участках в сечении заряда, например, в пузырьках воздуха. Таким образом, детонация промышленных ВВ идет многостадийно, сначала отдельные очаги, затем твердые взрывчатые частицы, твердые взрывчатые частицы меньшей чувствительности, реакции полученных продуктов между собой, Аl и так далее.