Экспериментальное исследование неустойчивости детонационного фронта жидких взрывчатых веществ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат наук Торунов, Сергей Иванович

• Торунов, Сергей Иванович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Торунов, Сергей Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Структура плоской стационарной детонационной

волны, модель идеальной детонации

1.1. Классическая гидродинамическая теория

1.2. Теория Зельдовича

1.3. Детонационная волна с учетом реакции во фронте

ударной волны

1.4. Критический диаметр детонации

1.5. Детонация в жидких ВВ 21 Выводы по Главе 1

Глава 2. Экспериментальные методы исследования

детонационных процессов

2.1. Дискретные методы измерения

2.2. Магнитоэлектрический метод

2.3. Лазерные допплеровские измерители скорости

2.4. Применение фоторегистрирующей аппаратуры

к исследованию детонации жидких ВВ

Выводы по Главе 2 40 Глава 3. Неустойчивость детонационных волн в нитрометане и

его смесях с различными добавками

3.1. Характер неустойчивости детонационных волн в НМ

3.1.1 Устойчивость одномерной детонации

3.1.2 Волны срыва реакции

3.2. Неустойчивость детонационных волн в смесях нитрометана с инертными разбавителями

3.2.1 Амплитуда пульсаций фронта

3.2.2 Поперечный размер пульсаций

3.3. Структура детонационной волны в смесях НМ-ДЭТА

3.3.1 Течение в одномерной детонационной волне

3.3.2 Волны срыва реакции

3.4. Обсуждение 63 Выводы по Главе 3

Глава 4. Экспериментальное исследование детонации

ФИФО и его смесей с метанолом и нитробензолом

4.1. Структура детонационной волны в ФИФО

4.1.1 Неустойчивость одномерной детонации

4.1.2 Течение на краю заряда

4.2. Структура детонационных волн в смесях ФИФО с метанолом и нитробензолом

4.2.1 Неустойчивость одномерной детонации

4.2.2 Волны срыва реакции на краю заряда

4.3. Время реакции в смеси ФИФО/метанол

4.4. Обсуждение результатов 82 Выводы по Главе 4

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование неустойчивости детонационного фронта жидких взрывчатых веществ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В жидких взрывчатых веществах детонационные волны распространяются как в стационарном, так и в неустойчивом, пульсирующем режиме [1-3]. При этом следует различать потерю устойчивости одномерного течения, реализующегося при отсутствии влияния границ (пульсирующий детонационный фронт) [4,5], и неустойчивость на краю заряда (волны срыва реакции) [6]. Оба вида неустойчивости обусловлены одними и теми же причинами: взаимным влиянием динамики течения и скорости химической реакции друг на друга. Поэтому может показаться естественным, что детонационный фронт должен быть либо устойчивым, либо пульсации фронта и волны срыва реакции должны проявляться одновременно. Не менее очевидно, однако, и то, что течение в центре и на краю заряда существенно различаются, и условия потери устойчивости не обязаны выполняться вдоль всего фронта. Меняя кинетику химических реакций, например, посредством разбавления жидкого ВВ инертными растворителями или сенсибилизаторами, можно получить детонационные волны, в которых эти два вида неустойчивости проявляются в четырех возможных сочетаниях. Степень разработанности.

Известно, что малые добавки аминов могут существенно влиять на детонационные свойства нитрометана СН3К02 (НМ). Особенно ярко это проявляется в изменении критических величин [35-37]. Достаточно всего 0.025 мол.% амина (одна молекула на 4000 молекул нитрометана), чтобы уменьшить критический диаметр вдвое, и 2 мол.%, чтобы уменьшить его в семь раз [35]. Значительно уменьшается также давление инициирования детонации ударными волнами. Добавка 2 масс.% диэтилентриамина (СН2СН2№)2КН (ДЭТА) снижает давление с 10 ГПа до 7.5 ГПа [37]. Считается, что малые концентрации аминов приводят к образованию активных частиц, которые увеличивают начальную скорость реакции. Но

однозначное объяснение этого явления отсутствует. Авторы [40] считают, что реакция, инициируемая добавкой, имеет цепной характер - молекула добавки или полученная с ее помощью активная частица приводит к возникновению реакционной цепи. В качестве такой активной частицы в работах [36,41] рассматривается анион аци-формы нитрометана СИ2=Ы02И, легко образующейся в присутствии аминов. Предполагается также возможность формирования молекулярного комплекса между НМ и амином, мономолекулярный распад которого и является первой стадией автокаталитической реакции разложения нитрометана [42]. Авторы [43] на основании анализа спектров поглощения растворов НМ с различными аминами, полученных при ступенчатом ударно-волновом нагружении до 17 ГПа, приходят к выводу об определяющей роли радикала аниона нитрометана СИ3К02*~, у которого энергия диссоциации связи С-Ы оказывается почти в пять раз ниже, чем в нейтральной молекуле НМ.

Естественно ожидать, что добавки аминов должны влиять не только на критический диаметр и давление инициирования детонации, но и на структуру стационарных детонационных волн. Эти исследования особенно интересны тем, что малые концентрации аминов, оказывая сильное влияние на кинетику разложения НМ, оставляют практически неизменными термодинамические свойства раствора. Поэтому появляется уникальная возможность, изменяя только кинетику реакции взрывчатого вещества, в явном виде изучать ее влияние на характер течения в зоне реакции, на устойчивость детонационных волн, на возможность реакции гомогенных взрывчатых веществ непосредственно во фронте ударной волны. С этой целью в данной работе проведено экспериментальное исследование влияния малых добавок ДЭТА на структуру детонационных волн в нитрометане и впервые зарегистрировано течение в зоне реакции стационарной детонационной волны в смеси НМ-ДЭТА.

В результате проведенных исследований обнаружено сильное влияние диэтилентриамина на структуру зоны реакции в смеси с нитрометаном, вызванное резким увеличением начальной скорости реакции ВВ даже при малых, составляющих сотые доли процента, концентрациях ДЭТА. Показано, что для интерпретации экспериментальных данных необходимо учитывать возможность разложения ВВ непосредственно во фронте ударной волны.

Ранее ударно-волновые и детонационные свойства ФИФО исследовались в работах [49-55]. В частности, авторами [50, 51] было показано, что в чистом ФИФО детонация является неустойчивой, хотя до этих исследований не было никаких сомнений в гладкости одномерного детонационного фронта такого мощного ЖВВ. Разбавление жидких ВВ инертными жидкостями снижает детонационные параметры смеси и скорость химической реакции. Последнее обстоятельство, при некоторой концентрации разбавителя может привести к потере устойчивости детонационного фронта и появлению волн срыва реакции на краю заряда, даже если течение в исходном ВВ абсолютно устойчиво. В чистом ФИФО детонационный фронт является пульсирующим, поэтому следовало бы ожидать увеличение размера неоднородностей пропорционально концентрации разбавителя. Результаты экспериментальных исследований структуры детонационных волн в смесях ФИФО с метанолом и нитробензолом, представленные в главе 4, показывают, однако, что влияние инертных разбавителей на устойчивость детонации может быть не столь однозначно. Увеличение концентрации метанола в интервале 10 - 15% вместо развития неустойчивости неожиданно приводит к стабилизации детонационного фронта, что проявляется в исчезновении осцилляций на профилях скорости. И только когда концентрация достигает 20% и более, течение вновь становится неустойчивым. Столь необычный характер изменения структуры зоны реакции при добавлении в ФИФО инертного разбавителя обусловлен частичной реакцией ВВ непосредственно во фронте

ударной волны. Вариация разбавителей приводит лишь к количественным изменениям, оставляя качественную картину явления неизменной.

Сложность определения положения точки Чепмена-Жуге в жидких ВВ обусловлена отсутствием каких-либо особенностей на профиле скорости при переходе от зоны реакции к волне разрежения. Тем не менее, проблема определения ширины зоны химической реакции принципиально решается однозначно. Для этого необходимо организовать эксперимент таким образом, чтобы в различных опытах течение в зоне реакции совпадало, а в волне разгрузки нет. Например, можно менять диаметр заряда, динамическую жесткость материала оболочки, условия инициирования детонации. Впервые в рамках данных исследований определено время реакции в ФИФО и его смесях с метанолом и нитробензолом. Цель работы.

Доказать, что взаимосвязь двух видов проявления неустойчивости (пульсирующий режим на оси заряда и существование волн срыва реакции на краю заряда) не является строго детерминированной и получить детонационные волны, в которых эти два вида неустойчивости проявляются в четырех возможных сочетаниях. Задачи работы.

Задачами данной работы являются:

1) исследовать сильное влияния малых добавок ДЭТА на детонационные характеристики НМ и с помощью интерпретации экспериментов по регистрации течения в зоне реакции стационарной детонационной волны в смесях НМ - ДЭТА предложить объяснение рассматриваемого явления;

2) исследовать необычное влияние инертных добавок (метанола и нитробензола) на устойчивость одномерного течения и явлений срыва на краю заряда детонации в ФИФО и с помощью интерпретации экспериментов по регистрации течения в зоне реакции стационарной детонационной волны

в смесях ФИФО - метанол и ФИФО - нитробензол предложить объяснение рассматриваемого явления;

3) доказать, что взаимосвязь двух видов проявления неустойчивости не является строго детерминированной. Основой доказательства являются экспериментальные исследования, в ходе которых, меняя кинетику химических реакций, например, посредством разбавления жидкого ВВ инертными растворителями или сенсибилизаторами, получены детонационные волны, в которых два вида неустойчивости проявляются в четырех возможных сочетаниях.

Выбор объектов исследования.

При выборе индивидуальных жидких ВВ, наряду с их доступностью, важно было взять два ЖВВ, имеющие устойчивый фронт и неустойчивость на краю заряда, и неустойчивый фронт и отсутствие волн срыва реакции. Эта цель достигается при использовании НМ и ФИФО: НМ имеет давление детонации порядка 1 3 ГПа и устойчивый детонационный фронт, а ФИФО давление около 25 ГПа и неустойчивый детонационный фронт.

При приготовлении смесей индивидуальных ВВ с разбавителями существенны следующие требования:

• необходимо, чтобы жидкие ВВ и невзрывчатые разбавители были химически устойчивы и достаточно инертны по отношению друг к другу;

• они должны быть как можно менее чувствительными и токсичными (для безопасной работы с ними);

• должны быть технологически доступными в количестве, достаточном для проведения работ.

Диэтилентриамин (ДЭТА) в смеси с НМ и метанол в смесях с ФИФО удовлетворяют перечисленным требованиям. Научная новизна.

Впервые исследована структура зоны реакции и определены детонационные параметры смесей НМ с ДЭТА, а также исследована устойчивость к волнам срыва реакции на краю заряда. Показано, что для интерпретации экспериментальных данных необходимо учитывать возможность разложения ВВ непосредственно во фронте ударной волны.

Впервые определены время реакции, структура зоны реакции и детонационные параметры смесей ФИФО с метанолом и нитробензолом. Наблюдалось явление подавления неустойчивости течения при разбавлении ФИФО 10-15% метанола и нитробензола. При дальнейшем увеличении концентрации разбавителей детонационный фронт вновь становится неустойчивым вплоть до критической концентрации.

На основании предположения о возможности реакции ВВ непосредственно во фронте ударной волны предложено объяснение обнаруженных явлений резкого уменьшения амплитуды химпика в смеси и стабилизации неустойчивой детонационной волны в ФИФО при добавлении малых концентраций метанола и нитробензола. Теоретическая ценность.

Доказано, что взаимосвязь двух видов проявления неустойчивости -пульсирующего режима на оси заряда и существования волн срыва реакции на краю заряда - не является строго детерминированной. Меняя кинетику химических реакций, например, посредством разбавления жидкого ВВ инертными растворителями или сенсибилизаторами, можно получить детонационные волны, в которых два вида неустойчивости проявляются в четырех возможных сочетаниях. Практическая ценность.

Полученные в работе экспериментальные значения давления и массовой скорости в химпике и точке Чепмена-Жуге, данные о характерном времени реакции и устойчивости детонационных волн в смесях НМ с ДЭТА и ФИФО с метанолом, а также изученное влияние инертных разбавителей и

сенсибилизаторов на течение в зоне реакции, могут послужить материалом для построения моделей, необходимых при расчетах детонационных и ударно-волновых явлений в реальных изделиях. Результаты исследований представляют самостоятельный научный интерес для химической физики, важны для решения вопросов безопасности производства, транспортировки и применения не только ВВ, но и других веществ, производство, транспортировка и хранение которых может быть взрывоопасным. Методология и методы диссертационного исследования.

Методология исследований основана на комплексном использовании трех методов: 1) непрерывной регистрации скорости на границе жидких ВВ с водяным окном посредством лазерного интерферометра VISAR, обладающего наносекундным временным разрешением, 2) регистрация свечения процесса детонации с помощью скоростного фоторегистратора (СФР) в щелевом режиме с торца заряда, 3) регистрация фронта и нестационарных явлений на краю заряда с помощью отечественной высокоскоростной камеры НАНОГЕЙТ 4БП (в покадровом режиме сбоку). Одновременно в каждом из перечисленных пунктов измерялась скорость детонации установившегося детонационного режима с использованием электроконтактной методики. Основные положения выносимые на защиту.

1. Результаты определения структуры зоны реакции и параметров стационарных детонационных волн в смесях НМ с ДЭТА и их интерпретация.

2. Результаты определения структуры зоны реакции и параметров стационарных детонационных волн в смесях ФИФО с метанолом и нитробензолом и их интерпретация.

3. Результаты исследования ширины зоны реакции в смесях ФИФО с метанолом и нитробензолом

4. Результаты получения детонационных волн, в которых два вида неустойчивости проявляются в четырех возможных сочетаниях.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Применявшиеся в работе экспериментальные методики и приборы (лазерный интерферометр VISAR, высокоскоростная электронно-оптическая камера, позволяющая получить четыре кадра, высокоскоростная фоторегистрирующая установка СФР) отличаются высоким уровнем разработки и позволили получить надежные количественные и качественные данные. Достоверность полученных результатов и научная новизна не вызывают сомнений. Исследование отличается надежностью; выводы достаточно хорошо аргументированы полученными автором оригинальными экспериментальными результатами. Основные результаты диссертации неоднократно обсуждались на российских и международных конференциях, на семинарах ИПХФ РАН и доступны для широкого круга специалистов.

Результаты диссертации опубликованы в 8 статьях в научных журналах и в 24 сборниках докладов российских и зарубежных конференций. Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, где сформулированы основные результаты и выводы, и списка цитируемой литературы, состоящего из 58 ссылок.

В первой главе представлены основные сведения из теории детонации, классической гидродинамической теории, модели Зельдовича-Неймана-Дёринга и приведены теоретические и экспериментальные данные о влиянии диаметра заряда на структуру детонационной волны.

Во второй главе приведен обзор основных методов регистрации параметров детонационных волн. Чуть подробнее описана работа лазерного допплеровского измерителя скорости VISAR и высокоскоростной камеры НАНОГЕЙТ 4БП.

Третья глава посвящена исследованию параметров и структуры детонационных волн смесей НМ с ДЭТА. Определены структура зоны реакции, детонационные параметры и время реакции. Для нахождения

времени реакции проведены опыты с использованием зарядов различного диаметра. Зарегистрировано явление подавления волн срыва реакции на краю заряда при добавлении малых количеств ДЭТА к НМ, при этом амплитуда химпика и градиент скорости за ударным скачком уменьшаются. Предложено объяснение этого явления, основанное на предположении о возможности реакции ВВ непосредственно во фронте ударной волны.

В четвертой главе представлены результаты исследования смесей ФИФО с метанолом. Определены структура зоны реакции, детонационные параметры и время реакции. Для нахождения времени реакции проведены опыты с использованием зарядов различного диаметра. Зарегистрировано явление подавления неустойчивости течения при разбавлении к ФИФО 1015% метанола, при этом амплитуда химпика и градиент скорости за ударным скачком возрастают. Предложено объяснение этого явления, основанное на предположении о возможности реакции ВВ непосредственно во фронте ударной волны. Показано, что при увеличении концентрации нитробензола до 20 и более процентов детонационный фронт вновь становится неустойчивым вплоть до критической концентрации, равной 32%.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертации.

Работа выполнена в лаборатории Детонации Отдела Экстремальных состояний вещества ИПХФ РАН.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА ПЛОСКОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНЫ, МОДЕЛЬ ИДЕАЛЬНОЙ ДЕТОНАЦИИ.

1.1. Классическая гидродинамическая теория. В 1893 году В.А. Михельсон опубликовал свою работу [7], в которой впервые дал физическую трактовку наблюдениям детонации в газовых смесях. Позднее Чепмен и Жуге [8, 9] развили представление о детонационной волне, как об ударной волне с малым временем химического превращения непосредственно во фронте. Таким образом, зона реакции рассматривалась, просто, как поверхность разрыва.

Ударная волна, бегущая по невзрывчатому газу, имеет дозвуковой поток непосредственно за своим фронтом. Поэтому возмущения разрежения «настигают» её и ослабляют, что приводит к затуханию. Для стационарной же детонационной волны необходимо, чтобы отток равновесных продуктов от поверхности разрыва, являющейся согласно классической гидродинамической теории одновременно и ударным скачком и зоной реакции, был либо звуковым, либо сверхзвуковым. Чепмен и Жуге выдвинули гипотезу, что скорость продуктов детонации относительно фронта равна местной скорости звука. Тем самым удалось дополнить и замкнуть систему уравнений из законов сохранения и уравнения состояния недостающим граничным условием - правилом отбора Чепмена - Жуге.

Совпадение расчета и эксперимента послужило лучшим подтверждением справедливости классической гидродинамической теории. Однако эта теория не давала объяснения правилу отбора и существованию пределов распространения детонации. Она и не могла этого сделать, поскольку ширина зоны реакции попросту равнялась нулю.

Тем не менее, такое феноменологическое описание детонации позволило собрать воедино все отличительные особенности процесса и дать его четкое определение. 1. Детонация - это процесс, при котором происходит

химическое превращение взрывчатого вещества (ВВ), который распространяется от слоя к слою. 2. Химические реакции приводят среду в движение, и, обратно, движение среды влияет на состояние вещества во фронте и, соответственно, на скорость химического превращения. Это означает, что детонация является и газодинамическим, и химическим процессом. 3. Газодинамика определяет скорость распространения детонации. Итак, определение: детонация - это самоподдерживающийся процесс сверхзвукового распространения фронта химического превращения

Законы сохранения массы, импульса и энергии, вывод которых содержится в [6] запишем в виде:

Выражение (1.3) также называется уравнением детонационной адиабаты или адиабаты Гюгонио. Используя уравнение состояния идеального газа и гипотезу Чепмена - Жуге, можно рассчитать все параметры детонации (см., например, [6, 10]).

Таким образом, классическая теория позволяет рассчитать все параметры детонационной волны. Тем не менее, как показал Я.Б. Зельдович [11], обосновать правило отбора можно только исходя из предположения о структуре зоны реакции и её конечной ширины.

1.2. Теория Зельдовича. Анализ вывода законов сохранения показывает, что их можно применить также и к плоской стационарной детонационной волне с зоной реакции конечной ширины а [6]. Стационарной называется детонационная волна, скорость которой, ширина зоны реакции и распределение макроскопических параметров не меняются со временем. Практически это означает, что для характерных размеров заряда Ь и радиуса

[6].

ро В = р р - и) Р - Ро = ро Ри

Е(Р,У) - Ео = У2(Р + Ро)(Уо - V).

(1.1) (1.2) (1.3)

кривизны фронта Я можно записать: Ь >> а, Я >> а. А также изменение скорости фронта за время а/О (время прохождения волной расстояния порядка ширины зоны реакции) должно быть много меньше О : (dО/dt) а/О << О [6].

Рассмотрим стационарную детонационную волну в гомогенной среде, поток в зоне реакции которой одномерный. Такая детонация называется идеальной.

Существенным для дальнейших рассуждений является предположение о том, что продукты детонации находятся в состоянии термодинамического равновесия и внутренняя энергия является функцией давления, объема и некой переменной, описывающей химический состав продуктов: Е = Е (Р, V, к), где к изменяется от ко до кПри к = ко мы имеем ударную адиабату исходного вещества, а при к = к\ - равновесную детонационную адиабату. Уравнение Е(Р,У,к) - Ео = 'А(Р + Ро)(Уо - V) определяет детонационную адиабату некоторого промежуточного состава. Рассмотрим взаимное расположение ударной адиабаты исходного вещества, детонационных адиабат промежуточного состава и равновесной детонационной адиабаты (рис.1.1).

В зависимости от механизма протекания и инициирования реакции может осуществляться не только нормальный, но и недосжатый режим. Ярким примером может служить гипотетический эксперимент по инициированию детонации с помощью искрообразования через равные промежутки по длине заряда, приведенный в книге [12]. Однако, такая детонация не будет являться самоподдерживающейся. Если пренебречь явлениями переноса и передачей энергии с помощью излучения, то остается единственный механизм инициирования детонации - ударно-волновой разогрев ВВ. Этот механизм и положен в основу теории Зельдовича.

Передней границей зоны реакции является ударный фронт, переводящий исходную среду из состояния 0 в состояние А1, А2 или А3

(рис.1.1). Можно считать, что этот переход осуществляется скачком. Можно также считать, что этот переход происходит непрерывно во фронте волны по траектории,

Рис.1.1. Взаимное расположение ударной адиабаты исходного ВВ, промежуточных детонационных адиабат постоянного состава (кривые, изображенные пунктиром) и равновесной детонационной адиабаты в плоскости Р - V [10].

определяемой законом сохранения импульса с учетом вязкости: Р - Ро = ро Ри - (4/3 п +0(йи/йх).

Из точек А1 или А3 точка состояния переходит соответственно в точки Ае или С1. При этом растет удельный объем и снижается давление. Такая

зона повышенного давления в зоне реакции названа химпиком. Пространственное распределение давления от координаты х: P = P(x) зависит от кинетики химических реакций [10].

Точка типа Ае' недостижима при таком механизме инициирования и при протекании строго экзотермических реакций ((dQ/dt) > 0), так как расширение продуктов из этой точки возможно только по равновесной изэнтропе. Движение вверх означало бы ударное сжатие, что означает движение со сверхзвуковой скоростью. Однако в точке С1 и выше поток является звуковым или дозвуковым: с > О - и.

С другой стороны, уже в рамках классической гидродинамической теории для самоподдерживающегося детонационного процесса необходимо, чтобы с < О - и. Эти два условия совместны только при условии с = О - и. Правило отбора Чепмена - Жуге доказано в рамках теории Зельдовича.

Я.Б.Зельдович предложил модель и рассмотрел простейшую, но, естественно, не единственно возможную структуру зоны реакции. В рамках развитого математического аппарата можно рассмотреть другие, более сложные механизмы энерговыделения и химических реакций. В частности, в работе [6] проанализирован случай, когда в зоне реакции происходят сначала экзотермические, а затем эндотермические реакции (или они идут параллельно, но первые протекают с большой скоростью, а вторые являются лимитирующей стадией), то есть скорость энерговыделения меняет знак. Показано, что при этом осуществляется недосжатый детонационный режим с волновой скоростью выше скорости нормальной детонации. То есть, теория Зельдовича может не только обосновать правило отбора Чепмена - Жуге, но и возможные случаи его невыполнения

Для определения режима химического превращения в детонационной волне нужно решать систему уравнений газовой динамики совместно с уравнениями химической кинетики, но эта задача до сих пор может быть решена только для простейших газовых систем. Тем более нам достоверно

неизвестны уравнения состояния конденсированных ВВ и их продуктов детонации, а также сложные механизмы реакций разложения. Мы можем только предполагать тот или иной механизм и, исходя из него, строить объяснение структуры зоны реакции, опираясь, как на фундамент, на теорию Зельдовича.

1.3. Детонационная волна с учетом реакции во фронте ударной волны.

В настоящее время существует целый ряд работ, в которых анализируются стационарные детонационные волны без химпика [13-17]. В этом случае необходимо рассматривать структуру ударного скачка, а именно, учитывать возможность того, что непосредственно во фронте ударной волны реагирует заметная доля ВВ [18-21]. Влияние ширины фронта ударной волны на течение в зоне реакции рассматривается в [19,20] на основе подхода Я.Б.Зельдовича к анализу ширины ударного скачка в газе с замедленным возбуждением некоторых степеней свободы (Рис.1.2). Химическая реакция и релаксация к равновесной детонационной адиабате могут протекать независимо и, в зависимости от соотношения их скоростей, в эксперименте может наблюдаться как обычный детонационный режим с химпиком, так и без него. Если время реакции заметно меньше времени релаксации, то возможна структура детонационной волны аналогичная представлениям В.А.Михельсона - монотонный рост параметров от начальной точки до точки Чепмена-Жуге.

В работах [22-26] проведены расчеты структуры детонационных волн в газах с учетом возможности протекания реакции непосредственно во фронте детонационной волны. Это означает, что характерное время реакции меньше или равно длительности вязкого скачка уплотнения.

С учетом вязкости и теплопроводности изменяются выражения законов сохранения энергии и импульса. Фазовая траектория в плоскости давление-

удельный объем уже не будет прямой Михельсона, а определяется выражением:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Торунов, Сергей Иванович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Щелкин КИ., Трошин ЯХ. Газодинамика горения. - М.: Изд-во АН СССР, 1963.

2. Войцеховский Б.В., Митрофанов В.В., Топчиян М.Е. Структура фронта детонации в газах. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1963.

3. Зверев И.Н., Смирнов Н.Н. Газодинамика горения. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.

4. Зайдель Р.М. Об устойчивости детонационных волн в газовых смесях II ДАН СССР. - 1961. - Т.136, №5. - С.1142-1145.

5. Асланов С.К, Будзировский В.Н., Щелкин КИ. Исследование газодинамической устойчивости детонационной волны произвольного профиля II Доклады Академии наук СССР. - 1968. - Т.182, №1. - С.53-55.

6. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов В.С., Шведов K.K. Детонационные волны в конденсированных средах. - М.: Наука, 1970.

7. Михельсон В.А. О нормальной скорости воспламенения гремучих газовых смесей II Учен. зап Имп. Моск. ун-та, отд. физ.-мат.- 1893.-Вып. 10.- С.1-92.

8. Chapman D.L. On the rate of explosions in gases // Philos. Mag.-1899.- V.47.- P.90-104.

9. Jouget E. On the propagation of chemical reaction in gases // J. Math. Pure and Appl.- 1905.- V.7.- P.347-425; et 1906.- V.2.- P.5-86.

10. В.В. Митрофанов. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск, 2003, 200стр.

11. Зельдович Я.Б. K теории распространения детонации в газообразных системах II Журнал экспериментальной и теоретической физики.- 1940.- Т.10, вып. 5. С.542-568

12. Зельдович Я.Б., Kомпанеец А.С. Теория детонации.- М.: Гостехиздат, 1955.- 268 с.

13. Ашаев В.К., Доронин Г.С., Левин А.Д. О структуре детонационного фронта в конденсированных ВВ // Физика горения и взрыва. 1988. Т.24, № 1. С. 95-99.

14. А.В.Уткин, С.В.Першин, В.Е. Фортов. Изменение структуры детонационной волны в 2',2',2'-тринитроэтил-4,4,4-тринитробутирате с ростом начальной плотности. Доклады Академии наук, 2000, Т.374, №4, с.486-488.

15. А.В. Уткин, С.А.Колесников, В.Е.Фортов. Структура стационарной детонационной волны в прессованном гексогене. ДАН, 2001, Т.381, №6, С.760-762.

16. В. М. Мочалова, А. В. Уткин, А. В. Ананьин. Влияние дисперсности на структуру детонационной волны в прессованном TNETB // Физика горения и взрыва, 2007, № 5, т. 43, с. 90-95.

17. В. М. Мочалова, А. В. Уткин, А. В. Ананьин. Структура детонационных волн в прессованном 2',2',2' - тринитроетил - 4,4,4, -тринитробутирате // Химическая физика, 2007, № 12, т. 26, с. 8-12.

18. Трофимов В.С. О возможности ускорения реакции и диффузии в ударном фронте детонации // В сб.: Детонация. Критические явления. Физико-химические превращения в ударных волнах. Черноголовка: типография ОИХФ РАН, 1978, С. 11-15.

19. А.Н.Дремин. О реальности химических изменений молекулярных конденсированных ВВ в процессе их сжатия в ударном фронте детонационной волны. Химическая физика, 1997, Т.16, № 9, с.113-118.

20. Дремин А.Н. Открытия в исследовании детонации молекулярных конденсированных взрывчатых веществ в XX веке // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 6. С. 31-44.

21. Зельдович Я.Б., Генич А.П., Манелис Г.Б. Особенности поступательной релаксации во фронте ударной волны в газовых смесях // Докл. АН СССР. 1979. Т. 248, №2. С. 349-351.

22. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F. Theory of detonations. I. Irreversible unimolecular reaction // J. Chem.Phys. 1958. V. 28, N 6. P. 1130-1147.

23. Linder B., Curtiss C.F., Hirschfelder J.O. Theory of detonations. II. Reversible unimolecular reaction // J. Chem.Phys. 1958. V. 28, N 6. P. 1147-1151.

24. Вильямс Ф.М. Теория горения. М.: Наука, 1971.

Williams F.A. Combustion theory. Palo Alto-London: Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts, 1964.

25. Зверев И.Н., Смирнов Н.Н. Газодинамика горения. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.

26. Фикетт У. Введение в теорию детонации. М.: Мир, 1989. Fickett W. Introduction to Detonation Theory. Berkely - Los Angeles -

London, University of California Press, 1985.

27. Ю.Б. Харитон. Сборник «Вопросы теории взрывчатых веществ», вып. 1. М.- Л., Изд-во АН СССР, 1947, стр.7.

28. Ю.Б. Харитон, В.О. Розинг. Доклады АН СССР, 26, 360 (1940)

29. Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах.- М.: Янус-К, 1996.- 408 с.

30. В.К.Ашаев, А.Д.Левин, О.Н.Миронов. // Письма в ЖТФ. 1980.Т.6. №5. с.1005.

31. Barker L.M., Hollenbach R.E. Laser interferometer for measuring high velocities of any reflecting surface // J. Appl. Phys.- 1972.- V.43, №11.- P.4669-4675.

32. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. Изд. 3-е, перераб. В 2 т. -М.:ФИЗМАТЛИТ, 2002.

33. А.Н. Дрёмин, В.С. Трофимов. ПМТФ, № 1, 126 (1964)

34. Уткин А.В., Мочалова В.М., Гаранин В.А. Исследование структуры детонационных волн в нитрометане и смеси нитрометан/метанол // Физика горения и взрыва. - 2012. - Т.48, № 3. - С. 115-121.

35. Б.Н.Кондриков, Г.Д.Козак, В.М.Райкова, А.В.Старшинов. О детонации нитрометана. ДАН СССР. 1977. Т.233, №3, с.402-405.

36. R.Engelke. Effect of a chemical inhomogeneity on steady-state detonation velocity. Phys.Fluids. 1980, V.23, pp.785-880.

37. S.F.Sheffild, D.M.Dattelbaum, R.Engelke, R.A.Alcon, B.Crouzet, D.L.Robbins, D.B.Stahl, and R.L.Gustavsen. Homogeneous shock initiation process in neat and chemically sensitized nitromethane. 13-th International Detonation Symposium. Norfolk, Virginia, USA, 2006, pp.401-407.

38. С.А. Колдунов, А.В. Ананьин, С.И. Торунов, А.В. Уткин. Влияние диэтилентриамина на распространение детонации в нитрометане и его смесях с невзрывчатыми жидкостями. Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны. Международная конференция XV Харитоновские тематические научные чтения. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013. С. 141-146.

39. А.В.Уткин, В.М.Мочалова, А.А.Логвиненко. Влияние диэтилентриамина на структуру детонационных волн в нитрометане. Физика горения и взрыва, 2013, Т.49, №4, С.107-113.

40. Старшинов А.В., Кондриков Б.Н., Козак Г.Д., Райкова В.М. Гомогенный катализ при детонации нитрометана // Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. Черноголовка, ОИХФ АН СССР. 1977. С.73-76.

41. Engelke R., Schiferl D., Storm C.B., Earl W.L. Production of the Nitromethane Aci Ion by Static High Pressure // J.Phys.Chem. 1988. V.92. P.6815-6819.

42. Constantinou C.P., Winey J.M., Gupta Y.M. UV/Visible Absorption Spectra of Shocked Nitromethane-Amine Mixtures up to a Pressure of 14 GPa // J.Phys.Chem. 1994. V.98. P.7767-7776.

43. Gruzdkov Y.A., Gupta Y.M.. Mechanism of Amine Sensitization in Shocked Nitrometane // J.Phys.Chem. A. 1998. V.102, №13. P.2322-2331

44. Химическая энциклопедия. Том 2. Гл. ред. И.Л.Кнунянц. -Москва: Советская энциклопедия. - 1990.

45. Уткин А.В., Мочалова В.М., Гаранин В.А. Исследование структуры детонационных волн в нитрометане и смеси нитрометан/метанол // Физика горения и взрыва, 2012. Т.48, № 3, С. 115-121

46. Я.Б.Зельдович, С.Б.Кормер, М.В.Синицын, К.Б.Юшко. ДАН СССР, 138, 1333 (1961).

47. Engelke R., Earl W.L., Rohlfing C.M. Production of Nitromethane Aci Ion by UV Irradiation: Its Effect on Detonation Sensitivity // J.Phys.Chem. 1986. V.90. P.545-547.

48. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь. - Под ред. Б.П.Жукова. // М.: «Янус-К», 1999, 596 с.

49. M.Finger, E.Lee, F.H.Helm, B.Hayes, H.Hornig, R.McGuire, M.Kahara, M.Guidry. // Proceedings Sixth Symposium (International) on Detonation, August 24-27, 1976, Coronado, California. P.710-722.

50. С. И. Торунов, А. В. Уткин, В. М. Мочалова, В. А. Гаранин. Параметры стационарных детонационных волн в растворе ФИФО/Нитробензол // Физика горения и взрыва, 2010, № 5, т. 46, с. 119-123.

51. А. В. Уткин, В. М. Мочалова, С. И. Торунов, С.А. Колдунов. Неустойчивость детонационных волн в нитрометане и ФИФО // Физика горения и взрыва, 2015, т. 51, № 4, с. 87-93.

52. И.М.Воскобойников, С.А.Душенок, А.А.Котомин. Критические диаметры детонации растворов бисфтординитроэтилформаля // Химическая физика, 1998. Т.17, №11, С.130-139.

53. И.М.Воскобойников, С.А.Душенок, А.А.Котомин. Пределы ударно-волнового инициированиявзрыва жидких бисфтординитроэтилформаля и 1,6-диазидо-2-ацетоксигексана // Химическая физика, 1998. Т.17, №12, С.58-61.

54. L.L.Gibson, S.A.Sheffield, D.M.Dattelbaum, and D.B. Stahl. Shock Initiation and Detonation Properties of Bisfluorodinitroethyl Formal (FEFO). Proceedings of the Seventeenth APS SCCM Conference. Chicago, IL USA, 2011, P.323-326.

55. M.F.Gogulya, F.Yu.Dolgoborodov, M.A.Brazhnikov, and S.A.Dushenok. Shock wave initiation of liquid explosives / Shock Compression of Condensed Matter - 1999, edited by M.D.Furnish, L.C.Chhabildas, and R.S.Hixson. 2000. American Institute of Physics, 1-56396923-8/00. p.903-906.

56. Мочалова В.М., Уткин А.В., Ананьин А.В. Влияние дисперсности на структуру детонационной волны в прессованном TNETB // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43, № 5, С. 90-95.

57. Уткин А.В., Мочалова В.М., Торунов С.И. Определение детонационных параметров жидких взрывчатых веществ // Химическая физика, 2011. Т.30, № 6, С. 72 - 77.

58. Мочалова В.М., Уткин А.В., Лапин С.М. Влияние малых добавок диэтилентриамина на ширину зоны реакции в детонационных волнах // Физика горения и взрыва, 2016. Т.52, № 3, С. 115-121.