Детонация (франц. detoner - взрываться, от лат. detono - гремлю) - распространение в пространстве
хим. превращения, сопровождающегося выделением теплоты, с пост. скоростью, превышающей
скорость звука в данном веществе. В отличие от горения, где распространение
пламени обусловлено медленными процессами диффузии и теплопроводности, Д. представляет
собой комплекс мощной ударной волны и зоны хим. превращения. Ударная
волна сжимает и нагревает вещество, вызывая в нём хим. превращение. С др. стороны,
теплота, выделяющаяся в результате реакции, поддерживает ударную волну, не давая
ей затухать. При этом обеспечивается устойчивый стационарный режим волны Д.
с пост. скоростью. Скорость детонац. волн достигает 1-3 км/с в газовых смесях
и 8-9 км/с в конденсиров. взрывчатых веществах (BB), а давление на фронте распространяющихся
в них детонац. волн составляет 1-5 МПа (10-50 кгс/см2) и 10 ГПа (105
кгс/см2) соответственно. После прохождения детонац. волны сильно
сжатые продукты реакции быстро расширяются - происходит взрыв.
Классич. теория Д., основанная
на ур-ниях механики сплошной среды и законах термодинамики,- т. н. гидродинамич.
теория Д.- позволяет по нач. состоянию смеси, теплоте хим. превращения Q и свойствам продуктов детонации найти D - скорость Д., давление р, температуру T, уд. объём продуктов V и скорость их движения. Вследствие
быстрого протекания хим. реакции в волне Д. зона между ударной волной и продуктами
детонации (рис. 1) может рассматриваться как поверхность разрыва. На ней должны
выполняться законы сохранения массы (1), импульса (2) и энергии (3):
индексы 1 и 3 означают
соответственно исходное состояние и состояние в конце хим. реакции, 
- внутр. энергия единицы массы, v - скорость продуктов Д. относительно
её фронта. К этим отношениям должно быть добавлено т. н. условие Чепмена - Жуге,
согласно к-рому скорость Д. относительно продуктов реакции равна местной скорости
звука в продуктах Д. Оно эквивалентно требованию отсутствия возмущений фронта
волны Д. со стороны продуктов реакции, чем обусловлено осн. свойство Д.- постоянство
её скорости.
Рис. 1. Распределение давления
в плоской детонационной волне: I - исходное вещество; II - фронт
ударной волны; III - зона химического превращения; IV - продукты
детонации; р0 - начальное давление; х - пространственная
координата.
При возникновении Д. в
газе вначале ударная волна адиабатически переводит вещество из состояния 1 в состояние 2 (рис. 2), затем в результате хим. реакции происходит
переход 2-3 по прямой, касающейся адиабаты CD (описывает расширение
продуктов реакции после завершения хим. реакции); точка касания 3 определяет
поведение вещества за фронтом волны Д.
Рис. 2. Диаграмма состояния
при детонационном переходе: AB - адиабатический процесс при ударной волне
без химического превращения; CD - адиабата, соответствующая поведению
вещества после завершения химической реакции; 1-2 - прямая Михельсона.
Скорость Д. в газе зависит
от Q и показателя адиабаты 
:
. Для вычисления скорости Д. в жидких и твёрдых средах необходимо знать
ур-ние состояния продуктов реакции в них, имеющиеся сведения о к-ром чаще всего
недостаточны.
Идеальный плоский фронт
Д., как показывают эксперим. и теоретич. исследования, часто оказывается неустойчивым
к малым возмущениям, поэтому он пульсирует и имеет сложную структуру,- появляются
изломы, темп-pa газа в которых выше, чем в плоском фронте. В результате могут
образоваться очаги самовоспламенения .
При нек-рых условиях потери
энергии вовне становятся значительными, что не позволяет развиваться Д. Существуют
пределы Д. по концентрации горючего, диаметру заряда, давлению.
Помимо рассмотренного классич.
типа Д., исследуются специфич. типы Д.: т. н. спиновая, характеризующаяся движением
волны по спирали; Д. в гетерогенных системах; малоскоростная Д.
Б. В. Новожилов
|
|
 |
