Исследование затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат физико-математических наук Лавров, Владимир Васильевич

• Лавров, Владимир Васильевич
• кандидат физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Лавров, Владимир Васильевич

Введение.

Литературный обзор.

1. Взрывчатые свойства и затухающие взрывные процессы в нитрате аммония.

2. Затухающие взрывные процессы при насыпной плотности в тротиле и других ВВ первой группы.

3. Затухающие взрывные процессы в смесях нитрата аммония с тротилом и горючими добавками.

Глава 1. Экспериментальные исследования быстрозатухающих взрывных процессов в пористых ВВ различного состава.

1.1. Исследуемые материалы и постановка эксперимента

1.2. Затухающие процессы в зарядах различного диаметра.

1.3. Затухающие процессы при различной мощности инициирования.

Глава 2. Исследование взрывных процессов способных к длительному самораспространению. Критические условия для распространения детонации.

2.1. Затухающие взрывные процессы в зарядах различного диаметра.

2.1.1. Индивидуальные ВВ.

2.1.2. Смесевые ВВ.

2.2. Чувствительность затухающих взрывных процессов к изменению мощности инициирования.

2.3. Затухающие взрывные процессы в оболочках из различных материалов.

2.4. Критический диаметр и критическая скорость детонации.

Глава 3. Сравнительный анализ затухающих и детонационных взрывных процессов по чувствительности к ударно-волновому импульсу и зависимости скорости фронта от диаметра заряда.

3.1. Чувствительность к ударно-волновому импульсу.

3.2. Зависимость скорости фронта от диаметра заряда.

Глава 4. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности для составов с низкой детонационной способностью.

4.1. Оценка детонационной способности.

4.1.1. Совместный анализ данных по затуханию и детонационной способности.

4.1.2. Оценка детонационной способности методом «затухания».

4.1.3. Стандартный метод определения критического диаметра детонации.

4.2. Оценка чувствительности к ударно-волновому импульсу методом «затухания».

Основные результаты.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ. Разработка стандартных методов оценки взрывоопасности»

Под словами «взрыв ВВ» понимают быстрое выделение потенциальной энергии, содержащейся во взрывчатом веществе, при его химическом превращении. Этому определению соответствуют все виды взрывных процессов и стационарные, и развивающиеся, и затухающие. Наиболее изученными формами взрыва на настоящее время являются нормальная и низкоскоростная детонация, а также переходные процессы, возникающие при инициировании. Планомерному исследованию затухающих взрывных процессов в зарядах ВВ в отличие, например, от развивающихся (наиболее известных как DDT, SDT, XDT или deflagration-, shock-, unknown-to-detonation transition) не уделяется должного внимания, несмотря на то, что вероятность их возникновения в условиях близких к критическим для распространения и возбуждения детонации очень высока. Объяснить сложившееся положение можно сложностью исследованиянестационарных взрывных процессов вообще и сложностью наблюдения за такими процессами в веществах с высокой детонационной способностью, в частности. Отдельные отрывочные данные, касающиеся затухающих взрывных процессов, как правило, приводятся в работах по определению зависимости скорости детонации от диаметра заряда, определению критического или «failure» диаметра и для ограниченного круга взрывчатых веществ.

Получение новых знаний о взрывных процессах, способных к самораспространению в зарядах диаметром меньших, чем критический диаметр детонации, является актуальной научной задачей. Стационарный и затухающий взрывные процессы в пористых ВВ из-за способности последних к длительному самораспространению зачастую трудно различить между собой. В литературе практически невозможно найти закономерностей в поведении, общепринятых физических признаков, которые позволили бы охарактеризовать взрывной процесс, как затухающий, не прибегая к исследованию стационарности его распространения. Неопределенность границ между различными явлениями может приводить к существенным ошибкам в значениях критических параметров детонации, которые широко используются при анализе механизма и кинетики превращения вещества в условиях высоких динамических нагрузок. В отношении затухающих взрывных процессов существует необходимость в получении фундаментальных данных о закономерностях их поведения. Новые экспериментальные данные позволят расширить представления о взрывных явлениях, происходящих в условиях, когда распространение детонации является не возможным. Эти знания также необходимы для определения пределов инициирования и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработки соответствующих теорий.

Практический интерес к затухающим взрывным процессам обусловлен тем, что от степени понимания закономерностей их возникновения зависит не только эффективность, но и безопасность использования энергии взрыва. При скоплении взрывоопасных веществ в большом количестве, возбуждение взрывных процессов с любым режимом распространения может привести к не меньшим катастрофическим последствиям, чем возбуждение детонации, несмотря на относительно низкие давления. Основная проблема в настоящее время заключается в том, что условия возникновения таких процессов при случайных внешних воздействиях практически непредсказуемы. Предотвращение опасных ситуаций при обращении со взрывчатыми и взрывоопасными веществами является важной задачей мирового масштаба. Проблема состоит в необходимости с одной стороны исключить полностью или резко снизить риск возникновения техногенных катастроф, связанных со случайными взрывами, с другой - надежно прогнозировать безопасность и эффективность взрывных технологий, используемых в различных областях человеческой деятельности. Исторически эта проблема возникла очень давно, со времен открытия пороховых составов, но нуждается в постоянном нахождении новых решений вместе с разработкой новых взрывоопасных веществ и способов их применения. Дополнительной проблемой в последнее время стало использование простейших взрывчатых смесей типа окислитель-горючее в террористических целях. Как показывает опыт обращения со взрывоопасными веществами, решение этих проблем не может быть найдено без проведения детальных исследований поведения вещества в условиях интенсивных динамических и тепловых нагрузок. Особенно это касается условий, являющихся пограничными для распространения стационарных, развивающихся и затухающих взрывных процессов.

Цель работы является изучение взрывных процессов, распространяющихся по заряду гетерогенных, пористых взрывчатых веществ в затухающем режиме. В качестве отдельной задачи ставилось использование полученных экспериментальных данных для определения критических условий возбуждения и распространения взрывных процессов с различной устойчивостью, разработка стандартных методов испытаний для оценки взрывоопасности веществ с низкой детонационной способностью.

Объект исследования. В качестве основных объектов исследования в работе выбраны нитрат аммония и тротил как представители взрывчатых веществ, которые принято относить к двум разным группам, их механические смеси со взрывчатыми и невзрывчатыми добавками, в том числе в виде обратной эмульсии типа «вода в масле». Выбор тротила в качестве одного из основных объектов исследования обусловлен, прежде всего, его относительно низкой детонационной способностью по сравнению с большинством ВВ первой группы. Нитрат аммония отличает от всех известных ВВ второй группы продолжительное и очень широкое применение во многих областях промышленности при слабой изученности взрывных процессов в этом веществе, а также высокий уровень аварийности при обращении с ним и его многочисленными смесями, несмотря на считающийся низким уровень чувствительности.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме «Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва», Лавров, Владимир Васильевич

Выводы

В результате исследований затухающих взрывных процессов в гетерогенных пористых ВВ показано, что для них характерны ряд закономерностей:

1. Способность взрывных процессов к самораспространению может быть выражена общим законом через безразмерные величины длины прохождения и диаметра заряда.

2. Способность затухающих взрывных процессов к самораспространению до определенного предела слабо зависит от мощности инициирующего ударно-волнового импульса.

3. Характеристики затухающих взрывных процессов могут практически не зависеть от дисперсности ВВ и свойств оболочки.

В результате исследования критических условий для распространения ивозбуждения-детонации установлено,что: критерий «взрыв-отказ» необоснованно используется для определения критических диаметра детонации,

- в отличие от критического диаметра детонации критическая скорость от дисперсности ВВ и свойств оболочки не зависит,

- критические параметры инициирования детонации ВВ соответствуют параметрам медленнозатухающего взрывного процесса в этом веществе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Лавров, Владимир Васильевич, 2008 год

1. A. Munroe//. Chem. Met. Eng., 26, 535, 1921.

2. N. Aufschlager.// Chem. Met. Eng., 31,611, 1924.

3. N. Sherrick.// Army Ordnance, 4, 329, 395, 1924.

4. А.Ф. Беляев, Ю.Б. Харитон. О предельном диаметре аммиачной селитры // ДАН СССР, 48, 1945, с.273-279.

5. А.Ф. Беляев. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. М: Наука, 1968.-255с.

6. М.А. Cook, A.S. Filler а.о. Aluminized explosives// Journal of Physical Chemistry.-1957.-V.61 .-P. 189-196.

7. K.K. Шведов, A.H. Дремин. Исследование неидеальных режимов детонации конденсированных ВВ// Взрывное дело. М: Недра, 1966.-№ 60/17.-С. 33-50.

8. Физика взрыва/ Под ред. К.П. Станюковича.- М.7Наука71975У-704с.

9. JI.B. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А. Н. Романов. Промышленные взрывчатые вещества.- М: Недра.-1988.-233с.

10. A.Miyake, A.C. van der Steen and H.H.Kodde. Detonation velocity and pressure of the non-ideal explosive ammonium nitrate// Preprints of papers of the IX Symp. (Int.) on Detonation.-Portland, Oregon.-Vol.l/- 1989/-P.253-256.

11. A.Miyake, T. Ogawa. Non-ideal detonation behavior of prilled ammonium nitrate// Procced. of the 17-th Int. Pyrotechnics seminar and the 2-nd Ind. Symp. on Pyrotechnics and Explosives.-Beijng, China: Beijng Institute of Technology Press.-1991 .-P.31-37.

12. Апин А.Я., Боболев B.K. О характере прекращения детонации в порошкообразных взрывчатых веществах// Доклады АН СССР.-1947.-T.LVIII.-№2.-C. 241-244.

13. Боболев В.К. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.-М: ИХФ АН СССР.-1947.

14. К.К. Шведов, С.А. Колдунов, А.Н. Дремин. О стационарности «детонации с малой скоростью в твердых порошкообразных ВВ»// Физика горения и взрыва.-1973 .-№3 .-С.424-428.

15. К.К. Шведов, А.Н. Дремин. Пульсирующие по длине заряда взрывные процессы в пористых ВВ// Физика горения и взрыва,-1985.-№6.-С.123-125.

16. Максимова Е.П. Экспериментальные исследования скорости детонации игданитов// Взрывчатые вещества простейшего состава. М: ГНТИЛ по горному делу, 1960.-С.34-41.

17. А.Н. Дремин, К.К. Шведов и др. Исследование детонации промышленных ВВ. Детонационные характеристики Зерногранулита 80/20 и Гранулита АС-8// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1972.-№4.-С.41-44.

18. А.Н. Дремин, К.К. Шведов. О детонации промышленных ВВ вблизи критического диаметра//,Отказы детрнации взрывчатых веществ на открытых разработках. Киев: Наукова думка, 1972.-С.82-86.

19. В.В. Гну тов. Влияние массы и типа боевика на характер распространения детонации в удлиненных зарядах игданита// Взрывное дело, М: Недра, 1979.-№ 81/38.-С.166-170.

20. А.А Вовк, Ю.П. Андреев и др.// Взрывное дело, М: Недра, 1974.-№74/31.-С. 56.

21. J.E. Reaugh, E.L. Lee а.о. Reduced yield detonation characteristics in large failure diameter materials// Procced. of the XI Symp. (Int) on Detonation.-Snowmass, Colorado.-1998.-P. 1038-1046.

22. T.D. Tran, C.M. Tarver. Characterization of detonation wave propagation in LX-17 near the critical diameter// Procced. of the XII Symp. (Int) on Detonation.-San Diego, California.-2002.-P. 684-693.

23. T.R. Sayler, L.G. Hill. The dynamics of detonation failure in conical PBX 9502 chardges// Procced. of the XIII Symp. (Int) on Detonation.-Norfolk, Virginia.-2006.-P. 24-33.

24. O.E. Petel, D. Mack a.o. Comparison of the detonation failure mechanism in homogeneous and heterogeneous explosives// Procced. of the XIII Symp. (Int) on Detonation.-Norfolk, Virginia.-2006.-P. 2-11.

25. Физика взрыва/ Под ред. Л.П. Орленко.-М.: Наука.-2002.-Т.1-2.

26. М.А. Кук. Наука о промышленных взрывчатых веществах: Пер. с англ.-М: Наука.-1980.-453с.

27. Афанасенков А.Н., Динамическая сжимаемость ВВ и их чувствительность к ударным волнам//Автореферат диссертации, на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.-М: ИХФ AHCCCP.-1960.-12c.

28. К.К. Шведов, В.В. Пацюк. Предельный диаметр и полнота детонационного разложения грубодисперсных промышленных взрывчатых веществ// Химическая физика.-1995.-№2-3.-С.3-13.

29. Стесик Л.Н., Акимова Л.Н. Косвенный метод оценки ширины зоны реакции в детонационной волне // Журнал физической химии.-1959.-Т.ЗЗ.-№ 8.-С.1762-1768.

30. J. Lee, F.W. Sandstrom a.o. Detonation and shock initiation properties of emulsion explosives// Preprints of papers the IX Symp. (Int) on Detonation.-Portland, Oregon.-Vol. 11989.-P.263-271.

31. A.H. Дремин, К.К. Шведов и др. Исследование детонации промышленных ВВ//Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1971.-№1.-С.46-51.

32. V.V. Lavrov, К.К. Shvedov.// Features of industrial explosive initiation by strong shock wave. Proceed. 17th Int. Pyrotechn. and 2nd Int. Symp. on Pyrotechn.and Explosions.-Beijing: Beijing Institute of Technology Press.-199 l.-Vol.2.-P. 712-716.

33. Розинг В.О., Харитон Ю.Б. Детонация ВВ при малых диаметрах заряда// Доклады АН СССР.-1940.-Т.26.-№4.-С.360-361.

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

35. Б.А. Хасаинов, А.В. Аттеков, А.А. Борисов. Ударно-волновое инициирование пористых энергетических материалов и вязкопластическая модель горячих точек.// Химическая физика.-1996.-Т.15.-№7.-С.53-125.

36. А.А. Сулимов, Б.С. Ермолаев. Низкоскоростная детонация в твердых ВВ// Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация.- Черноголовка: ОИХФ АН СССР.-1977.- С.20-28.

37. К.К. Шведов, В.В. Лавров. Физические модели развития ударной волны до детонационной в неоднородных конденсированных ВВ// Химическая физика.- 1998.- Т. 17.- № 3.- С.74-80.

38. К. Юхансон, П.Персон. Детонация взрывчатых веществ: Пер. с англ.- М.: Мир.-1973.- 352 с.

39. Батьков Ю.В., Новиков С.Л., Погорелов А.П. и др. Исследование процесса взрывчатого превращения состава ТГ 50/50 за фронтом нестационарной ударной волны//Физика горения и взрыва.-1979.-Т. 15.-№ 5.-С. 139-141.

40. H.R. KleinhanB, F. LangenstraB, Н. Zollner. Initiation threshold of high explosives in small flyer plate experiments// Preprints of papers the IX Symp. (Int) onDetonation.-Portland, Oregon.-Vol.l.-1989.-P.46-54.

41. Campbell A.W., Engelke R. The diameter effect in high-density heterogeneous explosives// Proceed. 6-th. Symp. (Int.) on Detonation.- Coronado, California.-1976.-P.642-652.

42. Апин А.Я., Воскобойников И.М., Соснова Г.С. Протекание реакции в детонационной волне смесевых взрывчатых веществ// Прикладная механика и техническая физика.-1963.-№5.-С.115-117.

43. Парфенов А.К., Воскобойников И.М., Апин А.Я. О малой скорости детонации промышленных ВВ// Взрывное дело, М: Недра, 1966.-№ 60/17.-С. 29-33.

44. Апин А.Я., Димза Г.В. Об особенностях возрастания скорости детонации смесевых ВВ с увеличением диаметра заряда// Доклады АН СССР.-1970.-Т. 192.-№4.-С.850-852.

45. Апин А.Я., Димза Г.В. О детонации наполненных и смесевых ВВ// Взрывное дело, М: Недра, 1974.-Ж74/31.-С.13-17.

46. К.К. Шведов, A.JI. Кривченко, В.Н. Сальников. Влияние природы наполнителя на разложение наполненных систем тротила и гексогена в ударных и детонационных волнах// Физика горения ивзрь1ва.-1978.-№5.-С.127-131.

47. В.В. Лавров, К.К. Шведов. Зависимость скорости детонации нитрата аммония в смеси с гексогеном от диаметра заряда// Химическая физика.-2003.- Т. 22.-№9.- С.67-71.

48. Дрёмин А.Н., Розанов O.K. Об аналогии детонации газообразных и жидких взрывчатых веществ// Научно-технические проблемы горения и взрыва.-1965.-№2.-С.93-97.

49. Leiper G.A., Cooper J. Reaction rates and the charge diameter effect in heterogeneous explosives// Preprints of papers the IX Symp. (Int.) on Detonation.-Portland, Oregon.- vol.1.- 1989.- P.94-102.

50. Апин А.Я., Велина, Н.Ф. О критических диаметрах зарядов ВВ и скорости детонации гексогена//Взрывное дело, М: Недра, 1967.-№63/20.-С. 5.

51. Рекомендации по перевозке опасных грузов. Руководство по испытаниям и критериям. Четвертое пересмотренное издание: Пер. с англ.- Нью-Йорк и Женева: ООН.-2003.

52. В.В.Лавров, А.Н.Афанасенков, К.К.Шведов, Б.Н.Кукиб. Метод определения критического диаметра и скорости детонации промышленных ВВ //Горный журнал.-1998.-№ 3.-С.38-39.

53. Ю. М. Михайлов, В.В.Лавров. Анализ методов, рекомендованных ООН для классификации веществ по степени взрывоопасности.//Боеприпасы и высокоэнергетические конденсированные системы.-2008.-№1.-С.7-13.