Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 1967 номер 4

Определены параметры и время химической реакции то фронте детонационной волны гранулированного баллиститного пороха НБ 60/40 и монокристаллического гексогена различной дисперсности. Анализ связи времени химической реакции с исходной структурой ВВ и параметрами волны позволил сделать вывод об определяющей в механизме превращения ВВ роли ударной волны, инициирующей тепловой взрыв в отдельных очагах при негомогенном разогреве уплотняющегося пористого вещества.

В условиях удара на копре рассмотрено поведение флегматизированного гексогена и октогена. На основании диаграмм напряжение — деформация и по зависимостям прочностных характеристик флегматизированных ВВ от количества добавки показано, что увеличение добавки флегматизатора резко уменьшает прочность флегматизированных ВВ и приводит к усилению их пластичности. При этом основная доля пластической деформации во время удара переносится в прослойки флегматизатора, которые и являются источником тепловыделения. Увеличение критического напряжения для флегматизированных ВВ указывает на ухудшение условий возбуждения взрыва. Исходя из анализа явлений, сопровождающих развитие взрыва, сделан вывод о том, что прослойки флегматизатора играют роль теплового барьера на любой стадии развития взрыва, тем самым препятствуя распространению взрывчатого превращения от очага инициирования на остальную часть заряда ВВ.

Приводятся результаты экспериментального исследования самосвечения поперечных волн в сходящейся цилиндрической детонационной волне. Показано, что структура самосвечения поперечной волны идентична спиновой. Траектории поперечных волн представляют собой линии, близкие логарифмическим спиралям.

Определено положение верхнего концентрационного предела горения для смесей NH₄ClO₄ с полистиролом (ПС) и полиметилметакрилатом (ПММА). Для смеси NH₄ClO₄— ПС предельный избыток горючего (при котором смесь еще горит) в 2—3 раза больше, чем для смеси NH₄ClO₄ — ПММА. Во всех случаях предельный избыток горючего тем больше, чем выше давление р и чем больше размер частиц окислителя d_OK. Наиболее богатая смесь, еще способная гореть (при р = 100 атм и d_OK = 140—320 мк), в наших опытах для полистирола отвечала α ≃0,055 (~67% горючего); для полиметилметакрилата α ≃0,12 (~60 % горючего). Определена скорость горения на верхнем пределе u_в.п. Для смеси NH₄ClO₄ — ПС u_в.п практически постоянна при всех р и d_OK и составляет 1 мм/сек. Для смеси NH₄ClO₄ — ПММА значение u_в.п в общем выше, чем для смеси NH₄ClO₄ — ПС. Величина u_в.п для смеси NH₄ClO₄ — ПММА убывает с ростом р и d_OK. Результаты опытов могут быть объяснены исходя из представлений о зоне влияния («активной зоне горения»).

Проведение опытов по воспламенению веществ нагретым газом при контролируемых условиях теплообмена является целеобразным с точки зрения установления основных закономерностей воспламенения, изучения механизма процесса, а также определения эффективных кинетических параметров реакций, протекающих в индукционный период. В работе осуществляются два предельных режима воспламенения: тепловой взрыв мелких сферических частиц в нагретом газе и зажигание цилиндрических образцов вещества потоком газа при поперечном обтекании. В опытах по тепловому взрыву частиц определяются (критические температуры самовоспламенения и (времена задержки воспламенения (с использованием специальной электрической схемы), в опытах по зажиганию — времена задержки воспламенения в зависимости от параметров процесса. На основе разработанных методик экспериментально изучены закономерности воспламенения ряда конденсированных веществ: пироксилина, поливинилнитрата, азида бария, нитрокрахмала. Проведено сопоставление полученных результатов с количественными выводами тепловой теории воспламенения, которое показало, что закономерности процесса определяются экзотермическими реакциями в конденсированной фазе. С использованием схем расчета, вытекающих из тепловой теории воспламенения, получены кинетические параметры высокотемпературных реакций, имеющих место в индукционный период для исследованных веществ.

Предложена тепловая модель зажигания порохов, в которой в соответствии с теорией Н. Н. Семенова условием зажигания является превышение скорости тепловыделения из-за химических реакций, развивающихся в поверхностном слое пороха, над скоростью тепловых потерь из этого слоя. Исследованы влияние прозрачности пороха и теплоотдачи с его поверхности в окружающую среду на поджигаемость пороха. Выполнен расчет параметров зажигания типового нитроглицеринового пороха.

Была изучена зависимость температуры воспламенения, горения и потухания амилового спирта в резервуарах от расстояния h поверхности жидкости до края резервуара. Резервуарами служили кварцевые трубки с диаметром 22, 36, 56 и 80 мм. Установлено, что температура воспламенения ϑ_в возрастает при увеличении расстояния от жидкости до края резервуара, подчиняясь следующему приближенному соотношению: ϑ_в = ϑ_oв + ah₀. При приближении к предельной глубине h_пр температура воспламенения растет быстрее, чем это следует из написанного выше соотношения. Температура горения ϑ_г (температура на поверхности горящей жидкости) в узких трубках изменялась по сложному закону, в резервуарах с диаметром не меньшим 50 мм почти не менялась с увеличением h и только при приближении к h_пр начинала падать. При h = h_пр кривые ϑ_в (h) и ϑ_г (h) смыкались, ограничивая некоторую область. Если h < h_пр, то температура θ_п, на поверхности воспламенившейся жидкости быстро возрастала с течением времени и достигала температуры горения. Опытные данные хорошо описывались формулой θ - ϑ_г/ϑ_в - ϑ_г = e^-at. Гашение пламени жидкости достигалось путем перемешивания жидкости струей. Температура потухания ϑ_п определенная по этому методу, оказалась несколько ниже температуры воспламенения, но разница между ϑ_п и ϑ_в не превышала 10 °С.

Работа содержит результаты экспериментальных исследований пламени в смеси пропана с кислородом, разбавленным азотом. Получены интересные результаты при исследовании давления совместно с излучением на определенных длинах волн.

Рассматривается вопрос о влиянии параметров метания α, r, h₀ и D на процесс волнообразования при сварке взрывом. Обработка результатов 130 опытов показала, что изменение величины волн оценивается по параметру поскольку отношение амплитуды волны к ее длине (q = α/λ), как правило, ограничено значениями 0,14—0,30. Установлена общая тенденция роста λ, с увеличением начального α определено критическое (минимальное) значение r для ряда пар металлов; найдена зависимость λ = fδ₂) при условии — нижняя пластина не лежит на жестком основании. Анализируя выражения для расчета v₀, γ и v_к авторы делают вывод: для каждого фиксированного значения α существует критическое значение скорости v_к^* при уменьшении которого волны не образуются. Дается теоретическое и экспериментальное обоснование критерия волнообразования v_к < с.

Описывается методика, в принципе заключающаяся в следующем. Грунт в зоне датчик — заряд смешивается с мелкой ферритовой крошкой, приобретая таким образом магнитную проницаемость, отличную от магнитной проницаемости продуктов взрыва. Датчик, закрепляемый неподвижно на некотором расстоянии от заряда, имеет различную индуктивность в зависимости от магнитной проницаемости среды вокруг, реагируя таким образом на прохождение мимо него границы котловой полости. Путем установки датчиков на различных расстояниях от заряда получается зависимость радиус — время для котловой полости. Приводятся результаты, полученные при камуфлетном взрыве зарядов ТЭНа в «насыпном» и «упрочненном» песчаном грунте. «Упрочненный» грунт получался путем помещения песка в тонкую резиновую оболочку и откачки из нее воздуха. Показано, что различие в законах расширения котловой полости в «насыпном» и «упрочненном» грунте проявляется при давлении в полости около 10 атм. Приведены эмпирические формулы для радиуса и скорости перемещения границы котловой полости в «насыпном» грунте.

Проведено теоретическое исследование свойств ударной адиабаты при переменном знаке коэффициента теплового расширения и в области фазовых переходов первого рода. В отличие от предыдущих работ в этой области рассмотрены оба возможных направления фазового перехода в ударной волне: плавление и кристаллизация. На форму уравнения состояния вещества за ударной волной не накладывается никаких ограничений, кроме условий термодинамического равновесия, а полученные выводы справедливы при любом взаимном расположении ударной адиабаты и изэнтропы. Рассмотрены примеры поведения ударной адиабаты в р, V плоскости, соответствующие реально наблюдаемым состояниям в ударных экспериментах. Полученные выводы применимы во всех случаях (в том числе при неравновесных фазовых переходах и химической реакции в ударном фронте), если вещество за ударной волной находится в равновесном или метастабильном состоянии.

Предложен способ расчета ударной адиабаты любой органической жидкости с нормальной и пониженной плотностью, а также параметров состояния (p, V, Т) гомогенной органической жидкости во фронте сильной ударной волны.

Рассматривается вопрос о построении ударных адиабат для различных твердых сред с использованием модели атома Томаса—Ферми. С этой целью построены интерполяционные формулы для уравнения состояния и внутренней энергии на основе опубликованных в литературе результатов численных расчетов термодинамических параметров указанной модели атома. Для химических элементов выполнен анализ влияния зарядового числа и начальной плотности на ударную адиабату при сверхвысоких давлениях. Для химических соединений рассмотрены схема суперпозиции объемов и схема с осреднением по зарядовым числам и атомным весам. Показано, что ударные адиабаты, рассчитанные по указанным схемам, различаются незначительно. На основе выполненного анализа расчетных адиабат и опытных данных в области относительно низких давлений рассмотрена возможность экстраполяции ударных адиабат, построенных с помощью модели атома Томаса—Ферми, в область низких давлений.

Изучалась детонация литых зарядов тротила и дины в стальных трубках внутренним диаметром 7—15, наружным 16—36 и длиной до 300 мм. При мощном инициировании тротил детонирует с высокой (6,7—6,8 км/сек) скоростью, оболочка дробится на куски. При инициировании электродетонатором № 8 или смесью гексоген — NaCl 40/60 и 50/50 процесс распространялся с малой (2 км/сек) скоростью, оболочка не разрушалась (иногда лишь несколько расширялся канал трубки). В менее прочных оболочках (стальные трубки со стенками толщиной 3 мм, плексиглас, вода) детонация с малой скоростью не распространялась. В зарядах из литой дины детонация с малой скоростью возникла в части опытов при инициировании смесью гексоген — NaCl 12/88. В длинных (30 см) трубках происходил переход ее в детонацию с большой скоростью.

Впервые экспериментально получена ударная сжимаемость порошкообразного конденсированного ВВ (в предыдущих работах А. Н. Дремина и др. подробно исследована ударная адиабата сплошных конденсированных ВВ, твердых и жидких). Характер полученной кривой похож на ударные адиабаты пористых металлов, что вполне естественно. Экспериментальные данные получены в диапазоне давлений до 71,5 кбар.