Стационарного распространения
Рядом исследований установлено, что скорости сферической детонации в топливных смесях с воздухом и кислородом превосходят 2000 м/сек; например, скорость сферической детонации смеси (СН4 + 2О2) составляет 2389 м/сек, (С3Н8 + 5О2) — 2430 м/сек, (С2Н2 + 2,5О2 + 9,4ЛГ2) — 2030 м/сек и т. д.
Корчирко С. Н., Адушкин В. В., Л ямин А. Т. Исследования сферической детонации газовых смесей. «Научно-технические проблемы горения и взрыва», № 2, 1965. Сибирское отделение Академии наук СССР.
При изучении степени расширения продуктов газового взрыва выявлено, что при сферической детонации газовоздушндох смесей только «40% энергии взрыва совершают работу, а остальная энергия к концу расширения содержится в продуктах реакции. При взрывах же сосудов от превышения давления ж60% энергии расширения парогазовых сред переходит в кинетическую энергию осколков, которые при промышленных авариях разлетаются в среднем на 500—700 м, а в от-
Однако надо отметить, что в сосудах большого диаметра возможно возникновение сферической детонации. Она описана только для ацетилено-воздушных смесей*, но не исключена вероятность ее возникновения и в чистом ацетилене.
Однако еще классики теории горения Кэмпбелл и Лаффитт [27] отрицали возможность сферической детонации. В трехмерном режиме при распространении сферической детонационной волны количество движения и кинетическая энергия движущихся продуктов реакции передаются большему, все возрастающему количеству сжимаемого газа, в отличие от плоского одномерного режима. Поэтому не очевидно, может ли в этом случае неограниченно сохраняться устойчивый режим воспламенения в ударной волне.
Вопрос о возможности сферической детонации и условиях ее возникновения имеет большое принципиальное и прикладное значение еще в связи с проблемой устойчивости нормального горения. Как будет вести себя плоское пламя при наложении (внешним случайным воздействием) возмущений, т. е. искривлений на его поверхность? Будут ли эти возмущения в процессе распространения пламени прогрессивно самопроизвольно возрастать и фронт пламени все более искривляться или, наоборот, возмущения затухнут и пламя будет возвращаться к первоначальной плоской форме? Эти же вопросы возникают и в отношении сферического нормального пламени.
Сферическая детонация. Самопроизвольное возникновение детонации. Опасность системы из длинного газопровода, соединенного с большой емкостью, обусловлена возможностью детонационного сгорания большой массы в емкости после инициирования детонации в газопроводе по описанному трубному механизму. При этом предполагается, что детонационный режим сохраняется при переходе из узкой трубы в большую емкость, т. е. что детонация может быть не только одномерной — в трубе, но и трехмерной — сферической. Между тем возможность сферической детонации отрицали еще классики теории горения Кэмпбелл и Лаффитт [27]. В сферической детонационной волне, в отличие от плоской, количество движения и кинетическая энергия движущихся продуктов реакции должны передаваться большему, чем сгоревшему количеству сжимаемого газа. Поэтому предполагали, что такая детона-
ционная волна будет неустойчивой и распадется. Однако опыты доказали возможность стационарной сферической детонации.
Полагали, что это явление, получившее название автотурбу-лизации нормального горения, должно находить свое внешнее проявление в невозможности режима дефлаграции с постоянной нормальной скоростью. Автотурбулизующееся пламя должно быстро ускоряться; можно было ожидать, что такое прогрессивное ускорение для достаточно больших сосудов 'будет неизбежно приводить к возникновению спонтанной сферической детонации. Согласно теории [176], такое прогрессивное самоускорение должно быстро развиваться при условии, что критерий Рейнольдса для пламени велик по сравнению с единицей.
горючей среды) достигает 103—104 без потери пламенем устойчи' васти и его самоускорения. В связи с этим было исследовано поведение сферического пламени в жестких условиях: для быстро-горящих смесей С2Н2+О2 и Н2+О2 при начальных давлениях до 1 МПа. Сферическая форма 'пламени при центральном поджигании исключала появление турбулентности, связанное с (влиянием стенок. В работе [173], а затем [174], подтверждено (несмотря на расхождения в трактовке результатов), что в таких условиях на определенном этапе сферическое пламя самопроизвольно ускоряется и в ряде случаев переходит в детонацию. Это явление было объяснено механизмом 'гидродинамической автотурбулизации нормального горения. В дальнейшем [177] теневыми фоторегист-рациями были зафиксированы возрастающие искривления ускоряющегося пламени. Однако автоускорение горения, а в еще большей степени переход к сферической детонации наблюдались лишь при очень больших значениях Re, что противоречило теории.
Влияние температуры и влажности воздуха на параметры взрыва рассмотрено на примере сферической детонации стехиометрической смеси ацетилена с воздухом.
Для того, чтобы убедиться, что поджигающий импульс достаточен и результаты опытов действительно соответствуют пределу стационарного распространения пламени, практически можно ограничиться рядом определений концентрационных пределов при изменении в несколько раз напряжения переменного тока на клеммах первичной обмотки индуктора с закороченным прерывателем. Такое изменение .не должно влиять на результаты измерений. Опыт показывает, что напряжение в 10—30 В всегда достаточно для получения «насыщающей» мощности поджигания, т. е. найденные пределы являются истинными и их величина не зависит от энергии поджигающего разряда.
Тепловая теория гашения пламени [12, 185, 574]*. B~TJT Т сформулированы общие закономерности для предельных условий стационарного распространения нормального пламени в неадиабатическом режиме. Они определяются уравнением (8.10), которое связывает интенсивность теплоотвода из зоны реакции с критической скоростью пламени. Для очень медленных пламен основные тепловые потери — радиационные, они обусловливают существование концентрационных пределов распространения пламени. Для более быстрых пламен радиационных теплоотвод незначителен. Однако прекратить горение может кондуктивный теплоотвод, достаточно возрастающий при соответствующем уменьшении диаметра канала, по которому распространяется пламя. При кондуктив-ном теплоотводе уравнение (8.10) остается в силе, но величина qc будет другой. При этом из уравнения (8.10) следует исключить множитель 2, поскольку тепло отводится только в одном направлении — к стенкам канала.
Рассмотрим процесс стационарного распространения ламинарного пламени вдоль поверхности конденсированного топлива навстречу набегающему потоку [6 ].
Для построения математической модели постулируется, что целлюлоза при нагревании разлагается, давая уголь и летучие продукты. Уголь затем, реагируя с кислородом, дает необходимый тепловой поток для поддержания пиролиза. Когда скорости этих процессов уравновешиваются, имеет место устойчивое тление, в противном случае происходит тушение. Предполагается, что температура и скорость стационарного распространения зоны пиролиза определяется данным тепловым потоком на границе раздела твердой и газовой фаз. Тепловой поток вызывается окислением угля для данных концентраций кислорода и фиксированного давления. Предел распространения (тушение) находится из условия превышения теплопотерь над теплообразованием.
В стационарной детонационной волне эпюра давлений и скоростей определяется кинетикой разложения В В, а в зоне расширяющихся продуктов детонации эпюра давлений и скоростей зависит от геометрии заряда и внешней среды (воздух, вода, оболочка и т.п.). Стационарная зона должна двигаться при нормальном режиме детонации относительно ПД со звуковой скоростью, в противном случае волна разрежения догонит стационарную зону (зону химической реакции), что приведет к расширению вещества в зоне химической реакции, падению давления и температуры, и процесс стационарного распространения детонационной волны будет невозможен. Поэтому возмущения из зоны ПД при стационарном режиме детонации не могут догнать зону химической реакции. В самой же зоне химической реакции скорость возмущений больше скорости ударной волны, что обеспечивает
Для установления предельного условия стационарного распространения самоподдерживающейся детонационной волны с искривленным фронтом, проанализируем течение в зоне химической реакции на оси заряда ВВ. В зоне химической реакции стационарной детонационной волны непосредственно за ударным скачком имеют место следующие соотношения
Как известно, за фронтом стационарной детонационной волны профиль массовой скорости спадающий, т.е. ди/dt ^ 0 [9.23]. Выражение, стоящее в (9.8) перед квадратной скобкой, для сред без аномалий положительно. Поэтому выражение, заключенное в скобки, также положительно. Численное значение этого выражения с уменьшением радиуса кривизны R уменьшается, и профиль массовой скорости становится более пологим, а ди/dt возрастает, стремясь к 0. Естественно предположить, что на пределе стационарного распространения самоподдерживающейся детонации du/dt = 0.
2. Влияние оболочки на величину критического диаметра детонации. Известно, что наличие металлической оболочки у заряда ВВ приводит к существенному уменьшению величины критического диаметра стационарного распространения детонации. Первоначально предполагалось, что влияние оболочки заряда на dKp связано преимущественно с ее массой [9.33, 9.43]. Однако многочисленные эксперименты показали, что критические диаметры детонации зарядов ВВ, помещенных в сжимаемые среды типа грунтов, практически не отличаются от dKp зарядов, взрываемых на воздухе [9.34]. Затем стали считать, что на величину dKp в значительной степени влияет прочность материала оболочки.
При приближении к периферии детонационного фронта, из-за уменьшения амплитуды ударно-волнового сжатия ВВ, длина зоны химической реакции увеличивается. Если зависимость начальной скорости разложения ВВ от давления в ударной волне сильная, может наступить ситуация , когда /* станет сравнима по величине с радиусом кривизны фронта ^фр. При этом, как следует из соотношения (9.41), кривизна линий тока может стать положительной, т.е. линии тока за ударным фронтом начнут поворачивать от оси заряда ВВ. Как отмечено в [9.25], физически это означает разброс реагирующего вещества в стороны и соответствует прекращению стационарного распространения детонации. Тогда нулевая кривизна линий тока (распрямление линий тока) является границей распространения стационарной детонации. Принимая во внимание, что на границе заряда ВВ течение всегда звуковое, определим координату точки фронта, в которой происходит распрямление линий тока, т.е. R~l = 0. Из соотношения (9.38) с учетом того, что dr/dt/j = Лфр cos^, следует
Снижение скорости дефлаграции приводит к увеличению участка стационарного распространения фронта воздушной ударной волны (AD на рис. 12.70), а повышение — к уменьшению его протяженности и полному исчезновению в режимах нормальной и недосжатой детонации.
В области воздушной ударной волны можно выделить два характерных диапазона для скорости дефлаграции. При U > D/3 величина Aj9m несколько превышает детонационное значение в ближней зоне и стремится к нему на бесконечности, причем в диапазоне D/2 < U < D — сверху, а в остальных случаях снизу. Повышение давления в ближней зоне связано с участком стационарного распространения волны при дефлаграции и более медленным начальным спадом давления в режимах недосжатой детонации. Даже при мгновенной детонации, несмотря на низкие начальные параметры воздушной волны (при г = TO Aj9m = 4,3ро)? максимальное избыточное давление на фронте на участке г = (2,2 ... 7,0) го выше, чем в детонационном режиме (до 10%).
 Читайте далее:
 Средствами автоматического
Серусодержащие соединения
Средствами пожаротушения
Средствам автоматизации
Средствам относятся
Сетчатого ограждения
Стягивается эластичной
Сопротивление одиночного
Стационарные устройства
Стационарных компрессорных
Стационарных установок
Себестоимость продукции
Стационарными установками пожаротушения
Стационарное состояние
Стационарного теплового
|
