Детонација

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
Детонација на ТНТ и ударен бран.
Детонација на смеса од црвен фосфор и калиум хлорат.

Детонација (од латински detonare „да згрми“[1]) ― вид на согорување кое вклучува суперсоничен егзотермичен преден дел што се забрзува низ медиум што на крајот го придвижува ударниот фронт што се шири директно пред него. Детонациите се шират суперсонично низ ударните бранови со брзини во опсег од 1 км/сек и се разликуваат од дефлаграциите кои имаат брзини на субсоничен пламен во опсег од 1 м/сек.[2]

Детонации се случуваат и во конвенционалните цврсти и течни експлозиви,[3] како и во реактивни гасови. Брзината на детонација во цврсти и течни експлозиви е многу поголема од онаа во гасовитите, што овозможува да се набљудува брановиот систем со поголеми детали (поголема резолуција).

Многу широк спектар на горива може да се појават како гасови (на пр. диоксиген), магла со капки или суспензии од прашина. Покрај диоксигенот, оксидантите може да вклучуваат халогени соединенија, озон, водороден пероксид и азотни оксиди. Гасните детонации често се поврзуваат со мешавина на гориво и оксиданс во состав нешто под конвенционалните коефициенти на запаливост. Тие најчесто се случуваат во затворени системи, но понекогаш се појавуваат во големи облаци на пареа. Други материјали, како што се ацетилен, озон и водород пероксид може да се детонираат во отсуство на оксидант (или редуктор). Во овие случаи, ослободената енергија е резултат на преуредување на молекуларните состојки на материјалот.[4][5]

Детонацијата била откриена во 1881 година од страна на четворица француски научници Марселин Бертелот и Пол Мари Ежен Вјеј[6] и Ернест-Франсоа Малар и Анри Луј Ле Шателје.[7] Математичките предвидувања за раширување биле спроведени прво од Дејвид Чепмен во 1899 година[8] и од Емил Жуге во 1905,[9] 1906 и 1917 година.[10] Следниот напредок во разбирањето на детонацијата бил направен од Џон фон Нојман[11] и Вернер Деринг[12] во раните 1940-ти и Јаков Б. Зелдович и Александар Соломонович Компанец во 1960-тите.[13]

Теории[уреди | уреди извор]

Наједноставната теорија за предвидување на однесувањето на детонациите во гасовите е позната како теорија на Чепмен-Жуге, развиена околу крајот на 20 век. Оваа теорија, опишана со релативно едноставена низа на алгебарски равенки, ја моделира детонацијата како пропагирачки ударен бран придружен со егзотермично ослободување на топлина. Таквата теорија ги опишува постапките на хемијата и дифузниот пренос како што се случуваат нагло како што поминува ударот.

Посложена теорија била изнесена независно од Зелдович, фон Нојман и Деринг за време на Втората светска војна.[13][11][12] Оваа теорија, сега позната како теорија на ЗНД, признава хемиски реакции со конечна брзина и на тој начин ја опишува детонацијата како бесконечно тенок ударен бран, проследен со зона на егзотермна хемиска реакција. Со референтна рамка на неподвижен удар, следниов тек е подсоничен, така што зоната на акустична реакција следи веднаш зад предниот дел на оловото, Чемпенова-Жогеовата состојба.[14][9]

Исто така, постојат некои докази дека зоната на реакција е полуметална во некои експлозиви.[15]

И двете теории опишуваат еднодимензионални и стабилни бранови фронтови. Меѓутоа, во 1960-тите, експериментите открија дека детонациите во гасна фаза најчесто се особени со нестабилни, тродимензионални структури, кои само, во просечна смисла, може да се предвидат со еднодимензионални стабилни теории. Навистина, таквите бранови се гаснат бидејќи нивната структура е уништена.[16][17] Вудова-Кирквудовата теорија за детонација може да поправи некои од овие ограничувања.[18]

Опитните студии откриле некои од условите потребни за ширење на таквите фронтови. Во затворен простор, опсегот на составот на мешавини на гориво и оксиданти и супстанции што се саморазложуваат со инерти се малку под границите на запаливост и, за сферично проширување на фронтовите, многу под нив.[19] Елегантно е докажано влијанието на зголемувањето на концентрацијата на разредувачот врз проширувањето на поединечните ќелии за детонација.[20] Слично на тоа, нивната големина расте како што паѓа почетниот притисок.[21] Бидејќи ширината на ќелијата мора да се совпадне со минималната димензија на задржување, секој бран што ќе биде претеран од иницијаторот ќе биде изгаснат.

Математичкото моделирање стабилно напредува во предвидување на сложените полиња на проток зад реакциите што предизвикуваат шокови.[22][23] До денес, ниту еден не опишал соодветно како структурата се образува и одржува зад неограничени бранови.

Намени[уреди | уреди извор]

Кога се користи во експлозивни направи, главната причина за оштетување од детонација е суперсоничната експлозија (моќен ударен бран) во околината. Ова е значајна разлика од дефлаграциите каде што егзотермичниот бран е подсоничен и максималниот притисок за неметалната прашина е приближно 7-10 пати поголем од атмосферскиот притисок.[24] Затоа, детонацијата е особеност за уништувачка намена, додека дефлагрирањето е фаворизирано за забрзување на проектилите од огнено оружје. Меѓутоа, брановите на детонација може да се користат и за помалку уништувачки цели, вклучително и таложење на облоги на површината[25] или чистење на опремата (на пр. отстранување на згура[26]) па дури и експлозивно заварување на метали кои инаку не би се споиле. Моторите со пулсна детонација го користат бранот на детонација за воздушен погон.[27] Првиот лет на авион придвижуван од мотор со пулсна детонација бил одржан во пристаништето за воздух и вселена „Мохаве“ на 31 јануари 2008 година.[28]

Во мотори и огнено оружје[уреди | уреди извор]

Ненамерното детонирање кога се посакува дефлагрирање е проблем кај некои уреди. Во Отовиот циклус, или бензинските мотори, тоа се нарекува чукање на моторот, и предизвикува губење на моќноста, прекумерно загревање и силен механички удар што може да резултира со евентуален дефект на моторот.[29] Во огненото оружје, тоа може да предизвика катастрофален и потенцијално смртоносен дефект .

Моторите со пулсна детонација се облик на пулсен млазен мотор со кој бил опитуван во неколку наврати бидејќи тоа нуди потенцијал за добра ефикасност на горивото.

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Oxford Living Dictionaries. „detonate“. British & World English. Oxford University Press. Посетено на 25 јуни 2022.
  2. Handbook of Fire Protection Engineering (изд. 5.). Society of Fire Protection Engineers. 2016. стр. 390.
  3. Fickett, Wildon; Davis, William C. (1979). Detonation. University of California Press. ISBN 978-0-486-41456-0.
  4. Stull, Daniel Richard (1977). Fundamentals of fire and explosion. Monograph Series. 10. Американски институт на хемиски инженери. стр. 73. ISBN 978-0-816903-91-7.
  5. Urben, Peter; Bretherick, Leslie (2006). Bretherick's Handbook of Reactive Chemical Hazards (изд. 7th.). London: Butterworths. ISBN 978-0-123725-63-9.
  6. Berthelot, Marcellin; and Vieille, Paul Marie Eugène; « Sur la vitesse de propagation des phénomènes explosifs dans les gaz » [“On the velocity of propagation of explosive processes in gases”], Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, vol. 93, pp. 18-22, 1881
  7. Mallard, Ernest-François; and Le Chatelier, Henry Louis; « Sur les vitesses de propagation de l’inflammation dans les mélanges gazeux explosifs » [“On the propagation velocity of burning in gaseous explosive mixtures”], Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, vol. 93, pp. 145-148, 1881
  8. Chapman, David Leonard (1899). “VI. On the rate of explosion in gases”, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 47(284), 90-104.
  9. 9,0 9,1 Jouguet, Jacques Charles Émile (1905). „Sur la propagation des réactions chimiques dans les gaz“ [“On the propagation of chemical reactions in gases”] (PDF). Journal de mathématiques pures et appliquées. 6. 1: 347–425. Архивирано од изворникот (PDF) на 19 октомври 2013. Посетено на 25 јуни 2022. Продолжува во Jouguet, Jacques Charles Émile (1906). „Sur la propagation des réactions chimiques dans les gaz“ [“On the propagation of chemical reactions in gases”] (PDF). Journal de mathématiques pures et appliquées. 6. 2: 5–85. Архивирано од изворникот (PDF) на 16 октомври 2015.
  10. Jouguet, Jacques Charles Émile (1917). L'Œuvre scientifique de Pierre Duhem, Doin.
  11. 11,0 11,1 (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  12. 12,0 12,1 Döring, Werner (1943). „"Über den Detonationsvorgang in Gasen"“ [“On the detonation process in gases”]. Annalen der Physik. 43 (6–7): 421–436. Bibcode:1943AnP...435..421D. doi:10.1002/andp.19434350605.
  13. 13,0 13,1 Zel'dovich, Yakov B.; Kompaneets, Aleksandr Solomonovich (1960). Theory of Detonation. New York: Academic Press. ASIN B000WB4XGE. OCLC 974679.
  14. Chapman, David Leonard (January 1899). „On the rate of explosion in gases“. Philosophical Magazine. Series 5. London. 47 (284): 90–104. doi:10.1080/14786449908621243. ISSN 1941-5982. LCCN sn86025845.
  15. Reed, Evan J.; Riad Manaa, M.; Fried, Laurence E.; Glaesemann, Kurt R.; Joannopoulos, J. D. (2007). „A transient semimetallic layer in detonating nitromethane“. Nature Physics. 4 (1): 72–76. Bibcode:2008NatPh...4...72R. doi:10.1038/nphys806.
  16. Edwards, D. H.; Thomas, G. O.; Nettleton, M. A. (1979). „The Diffraction of a Planar Detonation Wave at an Abrupt Area Change“. Journal of Fluid Mechanics. 95 (1): 79–96. Bibcode:1979JFM....95...79E. doi:10.1017/S002211207900135X.
  17. Edwards, D. H.; Thomas, G. O.; Nettleton, M. A. (1981). N. Manson; R. I. Soloukhin; J. R. Bowen (уред.). „Diffraction of a Planar Detonation in Various Fuel-Oxygen Mixtures at an Area Change“. Progress in Astronautics & Aeronautics. 75: 341–357. doi:10.2514/5.9781600865497.0341.0357. ISBN 978-0-915928-46-0. Недостасува |editor1= (help)
  18. Glaesemann, Kurt R.; Fried, Laurence E. (2007). „Improved Wood–Kirkwood detonation chemical kinetics“. Theoretical Chemistry Accounts. 120 (1–3): 37–43. doi:10.1007/s00214-007-0303-9.
  19. Nettleton, M. A. (1980). „Detonation and flammability limits of gases in confined and unconfined situations“. Fire Prevention Science and Technology (23): 29. ISSN 0305-7844.
  20. Munday, G.; Ubbelohde, A. R.; Wood, I. F. (1968). „Fluctuating Detonation in Gases“. Proceedings of the Royal Society A. 306 (1485): 171–178. Bibcode:1968RSPSA.306..171M. doi:10.1098/rspa.1968.0143.
  21. Barthel, H. O. (1974). „Predicted Spacings in Hydrogen-Oxygen-Argon Detonations“. Physics of Fluids. 17 (8): 1547–1553. Bibcode:1974PhFl...17.1547B. doi:10.1063/1.1694932.
  22. Oran; Boris (1987). Numerical Simulation of Reactive Flows. Elsevier Publishers.
  23. Sharpe, G. J.; Quirk, J. J. (2008). „Nonlinear cellular dynamics of the idealized detonation model: Regular cells“ (PDF). Combustion Theory and Modelling. 12 (1): 1–21. Bibcode:2007CTM....12....1S. doi:10.1080/13647830701335749.
  24. Handbook of Fire Protection Engineering (изд. 5.). Society of Fire Protection Engineers. 2016. Table 70.1 Explosivity Data for representative powders and dusts, page 2770.
  25. Nikolaev, Yu. A.; Vasil'ev, A. A.; Ul'yanitskii, B. Yu. (2003). „Gas Detonation and its Application in Engineering and Technologies (Review)“. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 39 (4): 382–410. doi:10.1023/A:1024726619703.
  26. Huque, Z.; Ali, M. R.; Kommalapati, R. (2009). „Application of pulse detonation technology for boiler slag removal“. Fuel Processing Technology. 90 (4): 558–569. doi:10.1016/j.fuproc.2009.01.004.
  27. Kailasanath, K. (2000). „Review of Propulsion Applications of Detonation Waves“. AIAA Journal. 39 (9): 1698–1708. Bibcode:2000AIAAJ..38.1698K. doi:10.2514/2.1156.
  28. Norris, G. (2008). „Pulse Power: Pulse Detonation Engine-powered Flight Demonstration Marks Milestone in Mojave“. Aviation Week & Space Technology. 168 (7): 60.
  29. Simon, Andre. „Don't Waste Your Time Listening for Knock...“. High Performance Academy.

Надворешни врски[уреди | уреди извор]