Detonarea explozivilor

Detonarea este forma oficială a transformărilor explozive ale explozivilor industriali. Reprezintă un proces de auto-susținere de mișcare la viteză supersonică exploziv undei de șoc (val de presiune), însoțite de un agent de conversie chimică. Pulsul la declanșarea unei reacții chimice este de obicei șoc val excitat de explozia capacului detonator sau EB, adică detonatoare intermediare. Astfel, reacția chimică apare ca rezultat al compresiei adiabatice și al încălzirii materiei în fața șocului. Complexul din fața șocului și din zona de reacție chimică se numește val de detonare.







În funcție de tipul explozivului, presiunea din fața șocului poate varia de la zeci de atmosfere (amestecuri de gaze explozive) la sute de mii (explozivi explozivi). În regimul staționar, viteza frontului de detonare poate varia de la 1 la 10 km / s pentru diferite explozivi. Căldura eliberată în forma de detonare a transformării chimice compensează pierderile de energie care intră în comprimarea și mișcarea substanței, asigurând constanța parametrilor undei detonării. Trebuie subliniat faptul că viteza de detonare nu depinde de ritmul inițial; este o valoare caracteristică și constantă a acestui exploziv. Porțiunea încărcăturii de la punctul de inițiere până la începutul propagării detonării cu o viteză staționară se numește regiunea detonării non-staționare.

Bazele teoretice ale detonării au fost puse la sfârșitul secolului al XIX-lea. Mikhelson (Rusia), D.L. Chapman (Anglia) și E. Jouge (Franța). Modelul matematic creat de aceștia nu a ținut cont de cinetica reacției chimice în valul de detonare, dar a reprezentat frontul șocului în mod oficial sub forma unei suprafețe de ruptură care separa explozivul inițial de produsele explozive.

reacție exotermă excitat de șoc mecanic, care se transmite de stratul reactant la stratul adiacent, propagates ca un val de presiune. Un astfel de proces este posibilă numai cu condiția ca reacția chimică este terminată înainte ca presiunea să scadă din cauza valului de evacuare care vine de la suprafața liberă a vitezei sunetului. Un astfel de scenariu este posibil numai la presiuni foarte mari, când undele de presiune devin un val de șoc. Astfel, detonarea poate fi reprezentată ca o combinație a unui val de șoc cu o zonă de reacție chimică.

unda de șoc excită reacția în substanța și reacția îmbunătățește unda de șoc, până la stabilirea unui echilibru între energia transmisă și împrăștiate nu se află în modul de propagare a undei staționare detonare. Investigarea proceselor într-un val de echilibru în cazul unidimensional este sarcina teoriei hidrodinamic de detonare. Având în vedere energie la detonare, relațiile de bază între starea inițială și finală a parametrilor de material, iar viteza de detonare și viteza de masă a produselor de conversie chimică sunt în spatele frontului legilor de conservare a masei, impuls și energie în val.

Independent unul de celălalt, Ya.B. Zeldovich, J. Neumann, W. Doering a propus un model al unui val de detonare, care ia în considerare zona chimică de conversie (zona „vârf chimic“) IV în produsele finale. În conformitate cu un astfel de model, explozivul inițial cu parametrii inițiali p0. v0 (fig.4) este comprimat în frontul șocului (punctul B), se descompune și părăsește zona de reacție (punctul C) cu o viteză redusă cu u egală cu viteza produselor gazoase ale exploziei. În cazul unui flux unidimensional, legile conservării masei și momentului sunt scrise după cum urmează:

unde P0 și P sunt presiunea inițială și respectiv presiunea; r0 = 1 / v0, r = 1 / v sunt, respectiv, densitatea inițială a explozivilor și densitatea PV.

Legea conservării energiei este scrisă sub forma:

unde E, E0 sunt, respectiv, energia internă specifică în stările finale și inițiale. Expresia (1.16) este una dintre formele de înregistrare a ecuației adiabatului de șoc Hugoniot pentru PV.

Fig.4 Schema frontului de detonare: D - viteza de propagare a undei detonante; u este viteza MF.

Pe P-v-diagrama unui val de detonare, Figura 5, starea inițială corespunde punctele A, BB compresie față de șoc - punctul B. Reacția exotermă în BB, care a început la frontul de șoc (punctul B) se termină la suprafața Chapman-Jouget Fig. 4 sau în punctul C, Fig. Punctul C este punctul Jouget sau Chapman-Jouget; Acesta se află pe produsele de explozie adiabatic (Hugoniot adiabatice). Procesul de conversie este însoțită de expansiune MF, MF, prin urmare, scade presiune: Presiunea la Jouget RJ aproape davAdiabaticheskomu jumătate substanță compresibil este linia responsabilă AB, Fig.6 cu o înclinare foarte mică în raport cu axa orizontală, ceea ce indică o comprimare a timpului extrem de mic și o grosime mică a stratului comprimat. Zona chimică corespunde secțiunii soarelui pe curba de scădere a presiunii. Punctul C corespunde punctului Jouget, porțiunea dincolo de acest punct caracterizează căderea de presiune în PD expansiune.







Astfel, substanța în unda de detonație trece succesiv toate stările pe cale ABC zona de compresie în unda de șoc este foarte mic (aproximativ 0,1 microni), zona de reacție chimică depinde de proprietățile fizice ale explozivului chimice și și are o lățime de 0,5 mm (pentru azidă de plumb ) la 10 mm (pentru TNT și tetril). Durata de timp într-un vârf chimic de înaltă densitate flegmatizate de hexogen

(2,5 ± 5) · 10-9 s la presiunea maximă în undă este de 40 GPa.

În ciuda faptului că modelul nu corespunde întotdeauna fenomenele observate în structura undelor de detonare, în funcție de potrivirea generală în teoria hidrodinamic prin calcularea mediei parametrilor spațio-temporale ale frontului de undă de detonare cu neuniforma.

Figura 5 Diagrama P-v a valului de detonare.

Detonarea Chapman-Jouge satisface condiția (punctul C):

unde U este viteza de masă a particulelor PD; C este viteza sunetului în PD; D este viteza de detonare, egală cu viteza zonei de reacție chimică. Cu alte cuvinte, reacția chimică într-o explozivă sub formă de detonare corespunde condiției (1.17).

Dacă D> Dh.zh. Presiunea poate să depășească Pg și apoi să vorbească despre o detonare "supracomprimată". Pentru D

Fig.6 Profilul valului de detonare în coordonatele distanței de presiune

Soluția simultană a ecuațiilor (1.14) și (1.15) dă formule pentru calculul parametrilor cinematici ai detonării:

Dintre metodele aproximative pentru calcularea parametrilor de detonare a explozivilor puternici, se folosește deseori următoarea relație:

unde P este presiunea; k - exponentul politropic - intră în ecuația stării PV în formă de Pv polytropic k = const. Valoarea lui k poate fi diferită. Adesea, k = 3 se presupune în calcule. Shvedov K.K. recomandă utilizarea următoarelor valori ale lui k la calcularea presiunii de detonare:

- k = 3,25-3,3 pentru trotil la = 1,59,1,63 g / cm3;

- k = 2,7-3,0 pentru hexogen și octogen.

Dacă aditivii inerți sunt incluși în compoziția explozivilor (de exemplu NaCl sau aluminiu), atunci presiunea poate fi calculată prin formula:

unde este fracțiunea de greutate a aditivului în compoziția explozivilor; - densitatea inițială a aditivului, g / cm3.

În derivarea relațiilor de bază în valul de detonare, a fost luată în considerare o problemă unidimensională pentru un val de avion. În acest caz, toată energia chimică potențială se realizează în valul de detonare și determină parametrii de detonare - viteza, presiune, etc. În cazul unui flux neuniform în spatele șocului, parametrii de detonare în anumite limite depind de dimensiunile transversale ale încărcăturii. Acest lucru este arătat pentru prima dată de către Yu.B. Hariton.

Deoarece zona de conversie chimică din valul de detonare are dimensiuni finite, în timpul reacției chimice care are loc în secțiunea BC, Fig.5, produsele gazoase comprimate rezultate tind să se extindă radial. Drept urmare, un val de rareficare intră în zona de reacție de pe suprafața laterală a încărcăturii explozive, Fig.9, iar masa materiei capturate de ea este pierdută ca furnizor de energie față de frontul de șoc.

Deoarece adâncimea de penetrare a undei rarefiere este invers proporțională cu raza taxei, pierderile relative de energie în valul de detonare trebuie să scadă odată cu creșterea razei de încărcare.

Principiul lui Khariton precizează următoarele: detonarea se poate răspândi în mod constant peste sarcină, dacă timpul de reacție în val () este mai mic decât timpul de dispersie a materiei în direcția radială (). Datorită acestui fapt, este posibil să se găsească un astfel de diametru minim al unei încărcături la care distribuția constantă a unei detonări este încă posibilă, adică găsiți diametrul critic al încărcăturii explozive. Condițiile de stabilitate sunt determinate după cum urmează. Durata reacției chimice în valul de detonare va fi egală cu

sau ținând seama de faptul că U = D / 4

Timpul de dispersie a materiei în direcția radială este

Fig.7 Zona de reacție chimică în val de detonare:

d3 este diametrul încărcăturii explozive; - unde de rarefacție; = 0,5 · DBC; b este adâncimea de penetrare a undelor de rarefacție; - lățimea zonei de reacție; D este viteza de detonare a explozivului.

Luând în considerare expresia (1.20) și faptul că. formula (1.21) poate fi rescrisă după cum urmează

și anume Diametrul critic este aproape de mărimea lățimii zonei de reacție chimică. Când d3> pierdere de energie dcr într-un val de detonare trebuie să scadă și creștere, respectiv, parametrii de undă se apropie asimptotic maxim.

O detonare cu parametrii maximi pentru un anumit exploziv și un anumit

Densitățile se numesc detonare sau detonare ideală într-un regim ideal. Diametrul sarcinii, în care parametrii de detonare sunt aproape de maxim (Fig. la DI. numit diametrul de limitare (dpr).

Fig.8 Dependența vitezei de detonare a explozivilor pe diametrul încărcării.

Detonarea care apare în taxele cu dcr

Valoarea diametrului critic depinde de densitatea explozivilor, prezența cochiliei și a materialului său, presiunea externă, temperatura și alți parametri.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: