Особенности распространения детонации в смесевых системах

Результатами экспериментальных исследований детонации в газовых взрывчатых смесях, проводимых в 1881-1990 г. за рубежом Бертло, Малляром, Ле-Шателье, Диксон в СССР Щелкиным, Соколиком, Зельдовичем, Солоухиным и др. установлено:

- скорость распространения детонации в зависимости от характе­ристики газовой смеси колеблется от 1000 до 3500 м/с, что в несколько раз больше скорости звука в этих смесях при обычных температурах и давлении;

- скорость детонации мало зависит от материала трубы, в которой заключён газ, толщины её стенок и диаметра, если последний превосходит в несколько раз критический;

- скорость детонации не зависит от условий позади фронта волны, т.е. не существенно, производится ли инициирование у открытого или закрытого конца трубы;

- скорость детонации слабо зависит от изменения начальной температуры газовой смеси (при 10° С скорость детонации 2600 м/с, а при 100° С - 2800м/с);

- с ростом начального давления (плотности) газовой смеси ско­рость детонации возрастает - медленно при сравнительно низких давлениях, более заметно при повышенных давлениях.

Скорость детонации зависит от состава газовой смеси. Каждой га­зовой смеси отвечает оптимальное соотношение компонентов, при котором скорость детонации достигает своего максимального значения.

Рисунок 5.2 – Скорость детонации при различном содержании газа в смеси

Таблица 5.1 - Скорость детонации газовых смесей в гладких трубах при 20 °С и 101 кПа

Газовая смесь	Скорость детонации, м/с
+ воздух.
+ воздух.
+ воздух

Основоположником теории детонации, основанной на теории ударных волн, является русский физик В.А. Михельсон, опубликовавший её в 1893г. Однако за рубежом эта работа была неизвестна. И независимо от В.А. Михельсона в Англии через 6 лет тео­рию детонации создал С.Чепмен. Большой вклад и ряд усовершенствований в ее развитие внесли Жуге и советский физик - теоретик Я.Б. Зельдо­вич.

Распространение детонации в конденсированных взрывчатых веществах

Из теории детонационной волны следует, что скорость детонации взрывчатой системы при прочих равных условиях в основном определяется удельной химической энергией (теплотой взрыва). Однако на скорость дето­нации и прочие характеристики детонационного процесса оказывает влияние и физические характеристики заряда: его диаметр, агрегатное состояние, наличие оболочек, размеры частиц.

С увеличением диаметра заряда скорость детонации повышается, дости­гая своего максимального значения при некотором предельном диаметре , различном для различных взрывчатых веществ.

Рисунок 5.3 - Зависимость скорости детонации от диаметра заряда

Стационарное распространение детонации возможно лишь для зарядов, диаметр которых > . В случае < устойчивое распространение де­тонационного процесса невозможно при любом по мощности инициирую­щем импульсе. Распространение взрыва на некотором расстоянии от места инициирования прекращается. Таким образом, при скорость детонации достигает минимума. Критические диаметры зарядов взрывчатых веществ приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Критические диаметры зарядов взрывчатых веществ

Взрывчатое вещество	Критический диаметр, м×10 -3
Азид свинца	0,0 1-0,02
ТЕН, гексоген	1-1,5
Тротил	8-10
Аммонит № 6 (79 % аммонийной селитры и 21% тротила)	10-12
Аммонийная селитра
Нитроглицерин при 30 °С
Нитроглицерин при 60 оС
Тротил жидкий при 81 °С
Тротил жидкий при 240 °С

Если диаметр заряда взрывчатого вещества больше предельного, то на скорость детона­ции оказывают влияние только теплота взрыва и плотность. С увеличе­нием плотности заряда скорость детонации взрывчатого вещества возрастает сначала быстро, затем медленно, однако рост не прекращается даже при максимальных плот­ностях, достижимых на практике.

Влияние оболочки на скорость детонации зарядов взрывчатого вещества заключается в том, что она ограничивает проникновение боковых волн разрежения в зону превращения и тем самым способствует более полному использованию энер­гии химической реакции в детонационной волне. В соответствии с этим сле­дует ожидать более значительного влияния оболочки на процессы распро­странения детонации во взрывчатых смесях, в которых реакция протекает замедленно по сравнению с такими восприимчивыми к детонации взрывча­тыми соединениями, как ТЭН, гексоген и особенно инициирующие взрывчатые вещества.

Установлено существенное повышение скорости детонации аммонийно-селитренных взрывчатых веществ при помещении зарядов в прочные оболочки. На скорость детонации инициирующих взрывчатых веществ оболочка мало влияет.

Установлено:

- оболочка любой прочности не способна повысить скорость детонации, если диаметр заряда больше предельного;

- любая оболочка при любом инициирующем импульсе не оказывает
заметного влияния на критическую скорость детонации заряда;

- заряды в оболочках, по сравнению с открытыми, имеют значительно
меньшие предельные и критические диаметры.

С уменьшением размеров кристаллов взрывчатых веществ уменьшаются их предельные и критические диаметры зарядов, и гра­ница между ними сужается, что объясняется соответствующим сокращением ширины зоны реакции во фронте детонационной волны.

Размеры зёрен не влияют на максимальную скорость детонации при за­данной плотности, а только определяют, насколько быстро скорость детонации достигает предельного значения с увеличением диаметра заряда (таблица 5.3).

Таблица 5.3 – Скорость достижения предельного значения скорости детонации аммотола в зависимости от размера зерен

Размер зерен, м×10 -3	Скорость, м/с
0,05-0,06	4,43·10
0,12-0,15	4,15·10
0,3-0,35	3,48·10
0,4-0,5	3,82·10
0,6-0,7	3,67·10