Детонация взрывчатых веществ и факторы, влияющие на ее устойчивость

Тема 5. Детонация ВВ и факторы,

влияющие на ее устойчивость

5.1. Понятия о химическом превращении, взрыве и детонации ВВ

Взрыв – процесс быстрого физико-химического превращения веществ, при котором выделяется большое количество энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени и совершается работа.

Ударная волна – является характерным признаком взрыва и представляет собой резкое повышение давления, сопровождающееся сжатием, нагревом и изменением скорости движения вещества.

Взрывы разделяют на физические, при которых изменяется только физическое состояние вещества (баллоны со сжатым газом, паровые котлы, молнии и т. п.) и химические, при которых изменяется химический состав вещества с выделением тепла и образованием газообразных продуктов.

Химические взрывы:

-  тепловые (гомогенные), которые происходят при постепенном и равномерном нагреве всего объема ВВ;

-  самораспространяющиеся, которые протекают при возбуждении химической реакции сначала в небольшой части объема ВВ, откуда она с высокой скоростью самопроизвольно распространяется на весь объем ВВ. В промышленности применяют самораспространяющиеся взрывы.

Взрывчатое превращение представляет собой совокупность реакций окисления горючих элементов, входящих в состав ВВ (С, Н), за счет кислорода, также входящего в состав ВВ, поэтому взрыв происходит в любых условиях замкнутого пространства без доступа кислорода извне.

Для возбуждения взрыва веществу необходимо сообщить начальный импульс достаточной интенсивности, вызывающий быструю химическую реакцию в ВВ, сопровождающуюся возникновением в нем незатухающей ударной волны.

В зависимости от интенсивности внешнего воздействия процесс химического превращения ВВ может протекать в трех формах:

1 – термическое разложение – сравнительно медленный процесс распада вещества при его нагреве ниже температуры вспышки, происходящий во всем объеме ВВ. Скорость распада возрастает с увеличением температуры нагрева ВВ. В случае преобладания теплового выделения в результате экзотермической реакции распада ВВ над отводом тепла в окружающую среду, процесс термического разложения может перейти в горение.

2 – горение – самораспространяющийся процесс химического превращения ВВ, происходящий в сравнительно узкой зоне (основании пламени), которая перемещается по ВВ в результате прогревания впередилежащих поверхностных слоев ВВ до температуры вспышки. Различают стационарное горение, распространяющееся с постоянной скоростью (от миллиметров до нескольких метров в секунду), и нестационарное (взрывное) – распространяющееся с непостоянной нарастающей скоростью (до сотен м/с). При резком нарастании скорости горения, сопровождающемся образованием волн сжатия впереди пламени, возможен переход горения в детонацию.

3 – детонация – процесс перемещения по заряду ВВ с очень высокой скоростью (от 3-5 до 7 км/с) зоны химической реакции со скачкообразным повышением давления на крутом фронте волны.

Детонационная волна – это перемещающаяся по ВВ ударная волна, которая адиабатически сжимает и разогревает ВВ, вызывая в нем химическую реакцию взрывчатого превращения. При этом нагретые до десятков тысяч градусов газообразные продукты взрыва (ПВ), занимающие первоначально объем исходного вещества, развивают давление несколько десятков тысяч МПа.

5.2. Основы теории детонации ВВ

Под действием ударной волны происходит разрушение молекул ВВ, и, освободившись от связей, нагретые до высокой температуры горючие элементы и кислород вступают в зоне 7 за фронтом ударной волны 2 в химическую реакцию с выделением тепла и превращением ВВ в газообразные ПВ (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема детонации заряда ВВ:

1 – детонационная волна; 2 – ударная волна; 3 – фронт расширения ПВ;

4 – фронт волны разрежения; 5- зона не расширившихся газов;

6 – плоскость Чепмена – Жуге; 7 – зона химической реакции;

D – скорость распространения волны детонации по заряду ВВ.

Комплекс из ударной волны 2 и зоны химической реакции 7 представляет собой детонационную волну 1. От зоны химической реакции распространяется фронт расширения ПВ 3, а с периферии к центру заряда по наклонной к оси плоскости распространяется фронт волны разрежения 4. В центре заряда в виде конуса формируется зона не расширившихся газов 5. Зона химической реакции 7 ограничивается плоскостью Чепмена – Жуге 6, давление ПД в которой примерно в 2 раза ниже, чем во фронте детонационной волны сжатия.