8.4. Стационарный режим распространения детонации.

Достаточно сильная ударная волна может вызвать воспламенение на-гретой ею взрывчатой среды. Однако горение, вызванное одиночным импуль-сом сжатия, может быть нестационарным. При одиночном, впоследствии за-тухающем импульсе сжатия воспламенение нагретого газа может иницииро-вать дефлаграционное горение. Ударная волна создает неизменные условия сжатия все новых слоев газа только в том случае, если ее поддерживать внешним воздействием, например, непрерывным движением сжимающего поршня.

Расширение газа при его сгорании само может приводить к сжатию и нагреванию новых, еще холодных слоев взрывчатой среды и ее воспламене-нию. Расширяющиеся продукты реакции играют роль сжимающего поршня. Возникает комплекс из ударной волны, бегущей по взрывчатой среде, и сле-дующей за нею зоны быстрой реакции в газе, нагретом ударной волной. Теп-ловыделение в этой зоне поддерживает устойчивое существование ударной волны. Такой комплекс, именуемый детонационной волной, стационарен, т.е. распространяется на неограниченном протяжении без изменения его струк-туры.

При детонационном горении от слоя к слою передается лишь импульс сжатия, - теплопроводность в этом процессе не играет роли. Детонационная волна распространяется со скоростью порядка нескольких километров в се-кунду. Давление в ней в несколько раз превосходит максимальное давление адиабатического сгорания в замкнутом сосуде, и потому детонация может вы-звать большие разрушения. Так как скорость детонации больше скорости зву-ка и никакое возмущение в газе не может опередить детонационную волну, то разрушающее действие волны не зависит от того, возникает ли детонация в открытом или закрытом сосуде.

Отличительную особенность детонации представляет ее строгая ста-ционарность. В достаточно широких длинных трубах детонация распростра-няется с неизменной скоростью, которая не зависит от аппаратурных условий и давления и лишь слабо зависит от начальной температуры. Скорость дето-нации зависит только от термодинамических характеристик газовой смеси. Другая особенность детонационного горения заключается в том, что при де-тонации продукты реакции движутся в ту же сторону, что и зона реакции, то-гда как при дефлаграции эти направления противоположны. Лишь впоследст-вии, после подхода волны разрежения, величина скорости продуктов реакции меняет знак на обратный.

Скачок давления в ударной волне происходит на расстоянии длины свободного пробега молекул, но химическая реакция, даже высокотемпературная, протекает только после многих столкновений. По этой причине, а также вследствие большой скорости детонационной волны ширина зоны реакции достаточно велика.

Уравнение (8.4) справедливо для любых систем. В любой точке зоны реакции стационарной детонационной волны соблюдается зависимость

, (8.4а)

описывающая (в Р – v координатах) (рис. 34) так называемую прямую Ми-хельсона – одного из создателей теории детонации.

Обозначим индексами 0, 1 и 2 соответственно состояния газа до сжатия в ударной волне, непосредственно после сжатия, но до начала реакции, и по-сле завершения реакции.

Рис. 34. Изменение состояния газа при детонации.