Структура детонационных волн в гетерогенных системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, доктор физико-математических наук Пинаев, Александр Владимирович

• Пинаев, Александр Владимирович
• доктор физико-математических наук
• 1997

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Пинаев, Александр Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВдаНИЕ

Список обозначений к разделу 1

Раздел I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДЕТОНАЦИЙ ГАЗОВЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ

ГЛАВА 1.1. Анализ экспериментальных методов для изучения

процессов детонационного горения

§ I. Методы измерения скорости волны и параметров в зоне

реакции

§ 2. Способы создания ударных волн, инициирования детонации и

горения в газовых и гетерогенных системах

ГЛАВА 1.2. Пьезоэлектрики для измерений импульсных

и квазистатических давлений

§ I. Конструкции и материалы пьезодатчиков, измерительная

аппаратура

§ 2. Методы тарировки и способы измерения давления пьезодат-

чиками

§ 3. Результаты экспериментов

ГЛАВА 1.3. Электромагнитные измерения электропроводности

и массовой скорости продуктов детонации

§ I. Анализ электромагнитной методики

§ 2. Профили электропроводности и массовой скорости за фронтом газовой детонации

§ 3. Измерение электропроводности при детонации газов со

взвесями алюминия

Основные выводы по разделу 1

Список литературы к разделу 1

Список обозначений к разделу II

Раздел II. СТРУКТУРА ДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН В ГАЗОЖИДКОСТНЫХ

СИСТЕМАХ

ГЛАВА 2.1. Структура и режимы газопленочной детонации

§ 2. Акустическая природа спиновой газопленочной детонации

§ 3. Параметры и пределы детонации в узких каналах

ГЛАВА 2.2. Структура зоны реакции при детонации газокапельных систем

§ I. Экспериментальное исследование газокапельной детонации в

ударной трубе

§ 2. Воспламенение одиночных капель горючего ударной волной,

физическая модель воспламенения капли

§ 3. Численное моделирование стационарной газокапельной детонации

ГЛАВА 2.3. Самоподдерживающиеся детонационные волны

в пузырьковых средах

§ I. Обнаружение самоподдерживающейся детонации в системах

инертная жидкость - пузырьки взрывчатого газа

§ 2. Обнаружение самоподдерживающейся детонации в системах

горючая жидкость - пузырьки окислителя

§ 3. Влияние физико-химических свойств фаз на параметры и условия существования пузырьковой детонации; определяющая

роль вязкости жидкости

§ 4. Структура и свойства пузырьковой детонации

Основные выводы по разделу II

Список литературы к разделу II

Список обозначений к разделу III

Раздел III. РЕЖИМЫ ГОРЕНИЯ И ДЕТОНАЦИИ ГАЗОВЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ В ИНЕРТНЫХ ПОРИСТЫХ СРЕДАХ----279

ГЛАВА 3.1. Режимы, пределы горения и детонации газов в

инертной пористой среде

§ I. Детонационные волны в пористой среде, заполненной активными газовыми смесями

§ 2. О существовании нескольких режимов сгорания в газовых

смесях фиксированного состава

§ 3. Обнаружение режима околозвукового «быстрого» горения,

структура волны

§ 4. Пределы и критерии существования волн горения и детонации для топливовоздушных смесей в пористой среде

§ 5. Фильтрационное горение газов в природных грунтах

§ 6. Основные закономерности дозвукового и детонационного го-

рения газов в инертной пористой среде, классификация режимов сгорания

ГЛАВА 3.2. Структура и свойства гетерогенной детонации в

инертной пористой среде

§1.0 прохождении детонации по образцам нефтяных пород

§ 2. Влияние физико-химических свойств горючего и газообразного окислителя на параметры и структуру детонации

§ 3. Пределы и область существования гетерогенной (газ-пленка)

детонации в пористой среде

ГЛАВА 3.3.Структура и механизм детонации в вакуумирован-

ной пористой среде

§ I. Низкоскоростная «вакуумная» детонация ВВ в инертной пористой среде

§ 2. Влияние начального давления газа на пределы и параметры

детонации ВВ в пористой среде

Основные выводы по разделу III

Список литературы к разделу III

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура детонационных волн в гетерогенных системах»

ВВЕДЕНИЕ

Гетерогенные горючие среды находят широкое применение в топливно-энергетических установках (двигателях, топочных устройствах, котельных), химическом производстве. В процессе эксплуатации и транспортировки жидких и дисперсных горючих материалов нередко наблюдаются случаи их возгорания и катастрофических взрывов. Поэтому изучение режимов горения и детонации гетерогенных сред актуально для оптимизации работы энергетических установок и в целях обеспечения пожаро- и взрывобезопасности.

Наиболее часто встречающиеся газожидкостные системы - это газокапельные, газопленочные (слой жидкости на стенках канала, окислитель в объеме), пенообразные, пузырьковые. О существовании детонации в первых трех системах известно с начала 50-х годов, сведения о возможности детонации в химически активных пузырьковых средах появились лишь в 80-х годах; процессы горения и детонации в гетерогенных средах гораздо менее изучены по сравнению с газовыми. Для детального понимания явлений в детонационных волнах существует необходимость и в исследованиях по динамике, разрушению и воспламенению отдельных частиц, капель, пленок жидкостей, пузырьков газа.

Практическая необходимость изучения газопленочной детонации вызвана обеспечением взрывобезопасности трубопроводов и магистралей, на стенках которых образуется слой горючего. Пузырьковые среды широко используются в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности для ведения технологических процессов (например, жидкофазного окисления углеводородов), либо как элемент системы обеспечения взрывобезопасности (жидкостные предохранительные затворы). Поэтому изучение пузырьковой детонации актуально в связи с необходимостью установ-

ления научных принципов техники взрывобезопасности для выбора режимов технологических процессов, а также расчета и эксплуатации жидкостных предохранительных затворов. В настоящее время существует потребность в экспериментальных работах по выяснению структуры, свойств и механизма детонации низкоплотных гетерогенных систем и поведения жидкой фазы в потоке газа. Точное теоретическое решение таких задач представляется бесперспективным в обозримом будущем, поскольку для описания обтекания даже одиночной частицы или пленки жидкости сверхзвуковым потоком газа за проходящей ударной волной необходимо решать задачу со свободной неустойчивой подвижной границей, турбулентным характером тепло-массобмена, деформацией и разрушением на более мелкие элементы, химическими реакциями и т. д.

В природе и практике широко распространены пористые среды. Исследование волн горения и детонации газовых и гетерогенных систем в пористых средах актуально в связи с возможностью непредсказуемого возникновения или, наоборот, управления тепловыми волнами при добыче нефти и газа, в средствах пожаро-взрывозандаты (огне-преградителях), разработке новых типов топочных устройств, а также при термической обработке материалов - сушке, обжиге или спекании с целью придания им полезных свойств, утилизации промышленных отходов, получении новых изделий и материалов. В существующих экспериментах с газовыми смесями в пористой среде отсутствовал комплексный подход, опыты проводили в узком диапазоне параметров системы, не было сведений о возможности, структуре и свойствах газопленочной детонации и детонации низкоплотных ВВ в ва-куумированной пористой среде.

Из известных экспериментальных данных следует, что в зоне

реакции при гетерогенной детонации течение неодномерное, существует неравновесность по физическому, химическому, либо термодинамическому признаку, сгорание неполное, велика роль тепловых и гидродинамических потерь, скорость детонации может быть существенно (в 1,5-4 раза) ниже, чем скорость идеальной детонации Чеп-мена-Жуге. Поэтому возникает необходимость в построении физических и теоретических моделей с иными, чем в идеальной модели ЗНД механизмами воспламенения и распространения зоны реакции и правилами отбора скорости детонации - исследование "неидеальных" режимов гетерогенной детонации является актуальным с научной точки зрения.

Для гомогенных газовых смесей устоялось представление о фундаментальном значении микроэлемента детонационной волны - ее детонационной ячейки. Базовая роль основного масштаба структуры детонационного фронта в газах (размера ячейки) позволяет объединить и рассмотреть с единых позиций большую совокупность околокритических ситуаций при инициировании детонации или переходе горения в детонацию. Однако, в большинстве режимов гетерогенной детонации низкоплотных ВВ и при низкоскоростной детонации газовых смесей в стесненном пространстве, узких капиллярах, пористых средах многофронтовая детонация не наблюдается (детонационные ячейки отсутствуют), хотя детонация существует в широком диапазоне параметров. В этом случае необходим поиск иных критериев для оценки пределов горения и детонации.

При анализе экспериментальных данных разных авторов иногда приходится сталкиваться с их несоответствием, - так различаются результаты измерений электропроводности, массовой скорости, давления в продуктах детонации. Причина этого кроется в несовершен-

стве измерительных методик и поэтому требуются качественно новые подходы для достижения успеха.

Для ответа на поставленные выше проблемы цель работы состояла в проведениии комплексного экспериментального изучения волн горения и детонации в различных гетерогенных системах для выяснения всех возможных режимов сгорания, структуры зоны реакции, механизмов распространения и области существования, построении физических и теоретических моделей явления, усовершенствовании и разработке необходимых экспериментальных методик, основными задачами исследования являлось:

- улучшение и создание новых экспериментальных методик измерения давления, электропроводности и массовой скорости;

- исследование структуры и свойств газокапельной и газопленочной (в частности, спиновой) детонации;

- обнаружение и изучение режимов пузырьковой детонации, исследование ее свойств, структуры и влияния физико-химических факторов компонентов среды;

- комплексное изучение режимов горения и детонации газов в инертных пористых средах, создание классификации всех возможных режимов распространения зоны реакции в пористой среде;

- обнаружение и исследование гетерогенной детонации в пористой среде (слой жидких или твердых горючих на частицах среды - газообразный окислитель в объеме пор) и низкоскоростной детонации низкоплотных ВВ в вакуумированной пористой среде;

- построение физических и теоретических моделей гетерогенной детонации, выяснение механизмов детонационного горения.

тема диссертации связана с планами научно-исследовательских работ Института гидродинамики СО РАН, Государственными програм-

мами, координационными планами Академии наук.

Общий объем диссертации составляет 407 страниц, в том числе 109 рисунков, 26 таблиц и библиографических ссылок 445 наименований.

основное содержание работы. Работа состоит из введения, трех разделов, девяти глав (по три главы в каждом разделе), основных выводов и заключения. Списки обозначений, литературы и выводы приведены в каждом разделе отдельно, ссылки литературы в разделах практически не повторяются. Рисунки приводятся в параграфах по тексту по мере упоминания.

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, отмечены главные задачи и цели исследования, приведено краткое содержание диссертации, сформулированы основные положения и наиболее важные научные результаты, выносимые на защиту.

Первый раздел посвящен знакомству с основными экспериментальными методами исследования детонации газовых и гетерогенных систем.

В главе (1.1) содержится обзор известных экспериментальных методик (зондовых, оптических, рентгеновских) для измерения скорости волн и параметров в зоне реакции (массовой скорости, давления, температуры, электропроводности, плотности...), размера детонационных ячеек и структуры неоднородностей. Описаны способы создания ударных волн и инициирования волн детонации и горения в газовых и гетерогеннных системах.

В главе (1.2) приведены обзор методов измерений статических и динамических давлений в жидкой и газообразной среде, различные конструкции пьезодатчиков и используемые пьезоэлементы, а также способы динамической и статической тарировки, аппаратура для из-

мерений. Исследованы пьезосвойства природных и искусственных турмалинов, пьезокерамик. Обнаружено, что в общепринятой схеме измерений с конденсатором, включенным параллельно пьезодатчику, из-за перетекания тока на конденсатор в пьезокерамике (в отличие от монокристаллических турмалинов) наблюдаются сильная нелинейность с давлением и релаксационные процессы. Использование новой схемы измерений с дополнительным разделительным конденсатором малой емкости позволило исключить влияние паразитных токовых процессов, обеспечить постоянство чувствительности и устранить релаксационные процессы. Путем сопоставления результатов испытаний выбрана наилучшая схема динамической тарировки с полиэтиленовым поршнем над поверхностью водяного столба и показана эквивалентность динамического и статического способов тарировки.

В главе (1.3) анализируются недостатки и достоинства зондо-вых методов измерений электропроводности и массовой скорости, показано, что в случае зависимости параметров от координаты вдоль течения большинство методик не обеспечивают приемлемой точности измерений. Предложена и теоретически проанализирована оригинальная схема измерений в коаксиальной геометрии с радиальным электрическим и вихревым магнитным полями, обеспечивающая высокое пространственное и временное разрешение. Выполнены соответствующие измерения в продуктах детонации газовых и гетерогенных (газовзвесях алюминия) систем, сделано заключение о характере равновесности и природе ионизации в зоне реакции. В газовых и гетерогенных системах обнаружен объемный заряд на передней границе детонационного фронта, возникающий за счет амбиполярной диффузии электронов и ионов.

Второй раздел содержит результаты исследований структуры

детонационных волн в газожидкостных средах (газ-пленка, газ-капли, пузырьковые).

Глава (2.1) посвящена изучению структуры и режимов газопленочной детонации в трубах круглого сечения, капиллярах и каналах квадратного сечения. На маловязких горючих (керосин, дизельное топливо, декан) с небольшим содержанием паров (1-2 мм рт. ст.) в трубах диаметром 50-70 мм обнаружены наряду с обычными режимами с плоским фронтом также режимы спиновой детонации с изломом переднего фронта и вращающейся поперечной волной, плавно переходящей в спиральный шлейф. По мере удаления от ударного фронта поперечная волна из ударной превращается в акустически-ударную, когда ударная волна расположена на гребне плавной акустической волны. В газопленочных системах с еще меньшим содержанием паров наблюдается спиновая детонация с плавным искривлением переднего фронта и поперечной волной акустического типа. Измерения длины зоны реакции в детонационной волне дают значения около 5-5-8 диаметров трубы. Для спиновых режимов детонации приведены измерения поля давлений с привязкой к структуре спина. Построена акустическая модель спиновой газопленочной детонации с неоднородными вдоль течения параметрами основного потока, рассчитаны форма поперечной волны и шлейфа и собственные частоты "головы" спина, показано, что частота спина зависит в основном от граничных условий на переднем фронте.

При газопленочной детонации в узких каналах (1-6 мм) и капиллярах установлена сложная зависимость параметров детонации от диаметра канала, давления окислителя, толщины пленки и вязкости горючего. Обнаружено двукратное уменьшение скорости детонации вблизи критического давления и принципиальное отличие механизмов

детонационного горения вдали и вблизи от предела.

В главе (2.2) приведены результаты экспериментального изучения детонации капель керосина с кислородом в трубе диаметром 70 мм. Установлен факт недогорания горючего в зоне реакции и существование вторичной детонации при отражении падающей детонационной волны от торца трубы, измерены длины зоны реакции в волне детонации (5СН-70 диаметров капель).

Изложены результаты опытов по воспламенению одиночных капель углеводородных горючих (декана, керосина, цетана) в проходящих ударных волнах с числами Маха М = 3*5, зарегистрированы случаи "мягкого" и взрывного воспламенения капель в зависимости от интенсивности волны. Построена физическая модель воспламенения капель с учетом влияния физической и химической кинетик и показано, что кривая для задержки воспламенения от температуры (или от М) за ударной волной не описывается общепринятой аррениусовской зависимостью и имеет излом.

В заключительной части главы приведены результаты численного моделирования газокапельной детонации с учетом недогорания и распадов капель на части в предположении выравнивания скоростей жидкой и газовой фазы в конце зоны реакции.

Глава (2.3) содержит результаты исследований нового процесса - пузырьковой детонации. Самоподдерживающиеся стационарные режимы обнаружены в системах типа инертная жидкость-пузырьки окислителя и горючая жидкость- пузырьки взрывчатого газа. Приведены данные о профилях давления, свечения, длительности и скоростях волны детонации, показано, что процесс существенно сверхзвуковой по отношению к равновесной низкочастотной скорости звука и не зависит от способа и условий инициирования. Исследовано влияние физико-

химических свойств газовой и жидкой компонентов системы и обнаружено определяющее влияние вязкости жидкости на величину скорости пузырьковой детонации, критические условия инициирования, пределы детонации по объемной концентрации и составу газовой фазы. Выполненные теневые съемки процесса сжатия пузырьков в поле давления детонационной волны свидетельствуют о том, что с уменьшением вязкости теплопотери возрастают из-за дестабилизации поверхности пузырька и впрыска внутрь него кумулятивной струйки жидкости.

Раздел III посвящен изучению газовой и гетерогенной детонации в инертных пористых средах для широкого диапазона размеров частиц (I 4 ю4 мкм) и начальных давлений газа в порах (0,1 -г- Ю2 атм), различных составов горючих.

В главе (3.1) проведено всестороннее исследование режимов горения и детонации газов в пористых средах, обнаружен новый режим быстрого горения с дозвуковой (относительно газа) скоростью и плавным пикообразным профилем давления и показана возможность существования всех режимов горения и детонации на некоторых смесях фиксированного состава в определенном диапазоне начальных давлений. Установлены пределы существования волн горения и детонации и показана применимость критерия Пекле для оценки критических параметров.

В спекаемой среде - природном глинистом грунте на топливо-воздушных смесях получен и исследован режим фильтрационного горения газов.

На основании результатов исследований предложена классификация всех возможных режимов горения и детонации газов в пористых средах.

В главе (3.2) описаны структура и свойства гетерогенной де-

тонации в инертной пористой среде (жидкий или твердый слой углеводородных горючих на частицах среды - газообразный окислитель в объеме пор) в зависимости от состава горючего и окислителя, определены пределы и область существования детонации.

Глава (3.3) содержит результаты исследований структуры и механизма низкоскоростной детонации ВВ в вакуумированной пористой среде. Обнаружена возможность распространения детонации без ударного фронта за счет струйного механизма воспламенения частиц ВВ

о

при низкой среднеобъемной плотности ВВ (3-5 мг/см ). Показано, как влияет начальное давление газа на пределы, давление и скорость детонации.

на защиту выносятся:

- экспериментальные методики и результаты измерений давления, электропроводности и массовой скорости в газовых и гетерогенных средах;

- экспериментальные результаты исследования газопленочной детонации в трубах, каналах и капиллярах, структура спиновых режимов детонации в системе газ-пленка;

- акустическая модель спиновой газопленочной детонации;

- результаты экспериментального исследования газокапельной детонации и воспламенения одиночных капель горючих в проходящих ударных волнах, результаты численного моделирования стационарной газокапельной детонации;

- результаты экспериментального исследования детонации в системах инертная жидкость-пузырьки взрывчатого газа и горючая жидкость -пузырьки окислителя;

- физическая модель, описывающая влияние вязкости жидкой фазы на параметры и пределы пузырьковой детонации;

- результаты экспериментального исследования режимов горения и детонации газов в инертных пористых средах; - дозвуковой режим «быстрого» горения газов в инертной пористой среде;

- результаты по пределам и критерий существования волн горения и детонации газов в пористой среде;

- результаты по фильтрационному горению топливовоздушных смесей в природном грунте;

- результаты экспериментов по структуре , свойствам и механизму гетерогенной детонации в инертной пористой среде;

- экспериментальные результаты по структуре и механизму детонации ВВ в вакуумированной пористой среде.

научная новизна:

1. Предложены оригинальная схема электрических измерений, устраняющая релаксационные процессы и обеспечивающая постоянство чувствительности пьезокерамики, и новый электромагнитный контактный метод измерения профилей массовой скорости и электропроводности, изменяющихся вдоль течения.

2. Во фронте газовой и гетерогенной детонации обнаружена область объемного заряда, возникающая в результате амбиполярной диффузии электронов и ионов на границе плазмы.

3. Впервые в системах газ-пленка обнаружены и исследованы спиновые режимы детонации с изломом и плавным искривлением переднего фронта. Построена акустическая модель спиновой газопленочной детонации для неоднородного по длине основного потока и показано, что частота "головы" спина зависит в основном от граничных условий на переднем фронте.

Установлено, что вблизи предела газопленочной детонации (700-8СХК В <1100-1300 м/с) зона реакции распространяется по кон-

вективному турбулентному механизму.

4. Показано, что в зоне реакции газокапельной детонации может не догорать до 50-75 % горючего, обнаружено, что вследствие неполноты сгорания капель после отражения падающей детонационной волны от торца трубы возникает вторичная, детонация; показано, что задержка воспламенения капель не описывается аррениусовской зависимостью, построена физическая модель воспламенения капли горючего в проходящей ударной волне с учетом физической и химической кинетик.

5. Впервые в пузырьковых средах типа инертная жидкость -взрывчатый газ и горючая жидкость - газообразный окислитель получен и исследован сверхзвуковой самоподдерживающийся детонационный процесс, в частности:

установлено принципиальное отличие волны пузырьковой детонации от уединенной волны коноидальной формы в химически инертных пузырьковых средах, показано, что параметры детонации определяются физико-химическими свойствами среды и не зависят от условий инициирования;

показано, что скорость пузырьковой детонации гораздо слабее, чем в газах, зависит от состава газовой смеси;

установлено, что концентрационные пределы пузырьковой детонации (по составу и объемному содержанию газа в смеси) сужаются с уменьшением вязкости жидкости, скорость пузырьковой детонации убывает с уменьшением вязкости жидкости и для каждой системы существует минимальная критическая вязкость, при которой детонация отсутствует.

6. Установлено, что влияние вязкости жидкости на параметры, пределы пузырьковой детонации и критические условия инициирования

связано с зависимостью от нее степени мезкфазного тепломассообмена при сжатии-расширении пузырьков.

7. Выполнено комплексное исследование волн детонации и горения газовых смесей в инертных пористых средах, в частности: -впервые обнаружен стационарный режим «быстрого» горения с плавной пикообразной формой давления и дозвуковой (относительно газа) скоростью распространения;

- впервые показано, что в смеси фиксированного состава с повышением начального давления могут осуществляться плавные либо скачкообразные переходы с режимов горения на детонационные;

- представлена полная классификация всех возможных процессов горения и детонации газов в пористых средах.

8. Показано, что при низкоскоростных режимах газовой детонации в пористой среде имеет место конвективный струйный механизм инициирования, обеспечивающий малую (в несколько мкс) задержку воспламенения; тепловая (кондуктивная) модель предела позволяет оценивать значения критических параметров (начальное давление, размер каналов) по критерию Пекле Ре = 65 ± 45.

9. Установлена возможность распространения пламени в природном глинистом грунте в режиме фильтрационного горения топливовоз-душной смеси, показано, что в результате воздействия волны горения грунт теряет просадочные свойства и упрочняется на 1-2 порядка.

10. Впервые обнаружены и исследованы режимы газопленочной гетерогенной детонации в инертной пористой среде. Определена область существования детонации от начального давления окислителя и концентрации горючего;

для мелкодисперсных сред наряду с детонационным (£

400*1200 м/с) обнаружен режим дозвукового «быстрого» горения (£=80*300 м/с);

показано, что при газопленочной детонации имеет место конвективный механизм распространения детонации, когда перенос пламени в поры осуществляется струями горячих продуктов, средняя массовая скорость которых совпадает со скоростью детонационного фронта.

II. Впервые в вакуумированной инертной пористой среде реализована низкоскоростная стационарная детонация низкоплотных ВВ и показано, что механизм распространения детонации - чисто струйный безударный, критическая среднеобъемная плотность ВВ составляет несколько мг/см3;

практическая ценность РАботы. Созданы научные основы и физические модели для описания динамики и механизмов протекания взрывных процессов в различных гетерогенных системах. Данные экспериментов и критерии по пределам горения и детонации газов и гетерогенных систем в каналах и пористых средах позволяют оценивать условия безопасной эксплуатации различных технологических устройств. Полученные результаты полезны для оценки последствий аварийных взрывов в газовых и гетерогенных системах. Совокупность экспериментальных данных по газовой и гетерогенной детонации в пористых средах и по пузырьковой детонации позволяет совершенствовать устройство огнепреградителей и предохранительных затворов. Исследование пузырьковой детонации позволило рекомендовать использовать для обеспечения безопасной эксплуатации газожидкостных систем жидкости с малой вязкостью. Режим фильтрационного горения топливовоздушных смесей может быть использован для термического упрочнения природного грунта при строительстве фундамен-

тов и изготовлении различных изделий. Экспериментальные методики измерения давления, профилей массовой скорости и электропроводности, предложенные в работе, применены для точных измерений параметров детонации. Экспериментальные профили электропроводности продуктов детонации служат источником информации о кинетике протекания химических реакций и характере ионизационных процессов в зоне реакции.

Достоверность полученных результатов обоснована комплексным использованием различных экспериментальных методов, подробным теоретическим анализом методических ошибок, сопоставлением результатов, полученных с помощью различных методик, теории и эксперимента, а также сравнением с результатами опытов, выполненными другими авторами.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах Ш,12,20,28,29,38,40,71-73]-раздел I, [1-18,94]-раздел II, [14-32,76,88,89,91Ьраздел III и докладывались на:

Открытых сессиях Ученого совета Института гидродинамики в 1982— 1985, 1987, 1988, 1993, 1994 г.г.;

Объединенном семинаре отделов гидродинамики взрыва, быстропроте-кающих процессов, взрывных процессов в конденсированных средах Института гидродинамики СО АН СССР в 1983г.; Квалификационном семинаре по механике взрывных процессов Института гидродинамики СО РАН в 1996 г.;

VII, VIII, X Всесоюзных симпозиумах по горению и взрыву (Черноголовка, 1983, Ташкент, 1986, Черноголовка, 1992); I Всесоюзном симпозиуме по макроскопической кинетике и химической газодинамике (Алма-Ата, 1984);

III Всесоюзном совещании по детонации (Таллин, 1985);

I Всесоюзной школе-семинаре по физике взрыва и применению взрыва в эксперименте (Новосибирск, 1977);

IV Всесоюзной школе-семинаре по моделям механики сплошной среды (Красноярский край, 1977);

III Всесоюзной школе-семинаре по механике многофазных сред (Хум-сан, 1982);

Всесоюзном совещании-семинаре "Современные проблемы механики жидкости и газа" (Грозный, 1986);

Всесоюзном семинаре "Фундаментальные проблемы физики ударных волн" (Азау, 1987);

Всесоюзной школе-семинаре по взрывным явлениям (Алушта, 1991); Всесоюзном симпозиуме "Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения" (Алма-Ата, 1991); VI, IX, X Международных коллоквиумах по динамике взрыва и реагирующих систем (Стокгольм, 1977, Пуатье, 1983, Беркли, 1985);

IV Международном семинаре по структуре пламен (Новосибирск, 1992); Международной конференции по горению, посвященной 80-летию Я.Б.Зельдовича (Москва, 1994);

IV Международной конференции "Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике" (Казань, 1995);

Личное участие автора. Большинство экспериментальных результатов получены автором либо самостоятельно, либо под его руководством и личном участии (в работах с соавторами). Все методические постановки опытов, теоретический анализ предложенных новых экспериментальных методик, построение физических, а также теоретических моделей по газокапельной, газопленочной детонации и соответствующие численные расчеты выполнены автором самостоятельно.

Автор благодарен В.В.Митрофанову, в лаборатории которого выполнялась работа, за полезные дискуссии и создание свободной, творческой атмосферы, и соавторам экспериментальных работ - Сычеву А.И., Лямину Г.А., Субботину В.А.

Сщсок_обозначений_к_разде лу_1.

/ - частота электрического поля

пе - плотность электронов

р - плотность среды

Еу т - лучеиспускательная способность

Ау*у - поглощательная способность

- лучеиспускательная способность абсолютно черного тела V ' - частота света

с - скорость звука

и - массовая скорость газа

Т - температура, К

ое - электропроводность, Ом~1/м

Хе - длина свободного пробега электронов

г3 - размер зонда

э.д.с. - электродвижущая сила

ВВ - взрывчатое вещество

д - скорость фронта волны

М = Ъ/с - число Маха

р - давление

7 - показатель адиабаты

СИ - секция инициирования

РС - рабочая секция

р0 - начальное давление

р3 - давление в СИ

И1 - линия люминесценции рубина

ЦТС - пьезокерамика цирконат титаната свинца

Н,^ - водород

0£ - кислород

Б^О - вода

б , Н - диаметр и глубина полости датчика

$к - толщина керамики

ИЗш - пространственная груша

Э-1, ТП2-Э, ТП2-Т, Э-3, Б-1, 140-4, Ш-1 - природные турмалины СФ-1, СА-1, К-1, 140-9 - синтетические турмалины

твх - постоянная времени

- входное сопротивление С - электрическая емкость

и - напряжение

а = О/р - чувствительность датчика, Кл/атм

О, - электрический заряд, Кл

Ар - перепад давлений

t - время

рс - акустический импеданс

ДТ - перепад температур, К

МГД - магнитогидродинамический

20, 2 - координата вдоль потока

ад - диаметр электродов

- ширина канала

Хи - характерный размер изменения массовой скорости

Ь - толщина изолирующей прокладки

% - характерное время изменения и(г), о(г)

Т - период внешнего поля

ю = г%Т - циклическая частота, рад/с

е,в0 - диэлектрическая проницаемость, Ф/м

» ц0 - магнитная проницаемость, Г/м

$ - плотность тока, А/м2

Е - радиус трубы

г0 - радиус центрального электрода

Е - напряженность электрического поля, В —»

В - индукция магнитного поля, Т е, т - заряд, К и масса, кг электрона

т - время между столкновениями

С X

Иет = [юи10 - магнитное число Рейнольдса 1а - длина проводящей зоны

- межэлектродное сопротивление среды

ЧР

г1, г2, г3, г5 - сопротивление проводников И6 - сопротивление источника тока Ф - электрический потенциал

V - градиент

А - лапласиан

<р1 - искажение потенциала п - знак + или -

е = пиВ - э.д.с. электрического поля, индуцированная при движении среды в магнитном поле, В/м

х, у - координаты Г = фп + £ф1 - комплексный потенциал т) = х + 1у - комплексная плоскость

I = V -I - мнимое число

Вв - реальная часть комплексного числа

И*) - полный ток

- добавочный ток за счет искажения поля <21/ей - производная тока

По

Е0= дхпй/г»--напряженность электрического поля у стенки трубы

1 - ток по центральному проводнику

2 - сопротивление (активное и реактивное) Ъ - индуктивность

- толщина турбулентного слоя (3 - численный коэффициент

7гд - число витков датчика Ец - сопротивление нагрузки Тд - постоянная времени датчика &У - коэффициент усиления

- характерное расстояние диффузии электронов

е, пе, - коэффициент диффузии, заряд, концентрация и подвижность электронов

ги го х

х, у - мольные коэффициенты смеси к - постоянная Больцмана

ид> и° - напряжения на магнитном датчике при наличии и отсутствии

внешнего поля

& - калибровочный коэффициент датчика

д

т] = ^ - параметр идеальности плазмы Гд= (КГ/41иеггге)1/2 - радиус Дебая

ре, рр р, - парциальные давления электронов, частиц и ионов сорта Ь

К^ - константа ионизационного равновесия

р^ - начальное парциальное давление £-ой компоненты

Е, - потенциал ионизации, эВ

§1* - статвеса основных состояний положительного иона и

нейтральной компоненты (¿^ - среднее электронное диффузионное сечение столкновения

для нейтральных частиц мольная доля i компонента электропроводность во фронте детонации, Ом~1/м электропроводность в "хвосте" волны (At > 10 мкс) ширина зоны повышенной светимости ширина пика ионизации коэффициент рекомбинации, см3/с энергия, выделяемая в реакции, ккал. константы

стехиометрический коэффициент среднеобъемная плотность алюминиевой взвеси

Индексы е / электрон

v,T / - частота и температура max - максимальный з - зонд

о - начальное состояние 3 - состояние газа в СИ т - торцевой б - боковой ж - жидкость к - кабель вх - входной д - датчик р - релаксация

+ ,— положительная и отрицательная фаза давления э - электрод к - канал

и - массовая скорость потока а - электропроводность ср. - среда

1-6 - элементы проводников и источник (на рис. 1.9)

R - радиус трубы

п - нормаль

к - комплексный

х,у - значения по осям координат

а - активное

Уг 0(0)

zc р

Д Е <Р.

а

?ст» 36

с - соединение

н - нагрузка

у - усиление

Д - Дебай

В - магнитная индукция

Б - батарея конденсаторов

Ч-Ж, СУ, - параметры в плоскости Чепмена-Жуге

да - сигнал на датчике при измерении о

ди - сигнал на датчике при измерении и

св - свечение

* - постоянные значения для о, ро, р.

ст. - стехиометрический возд- воздух

Раздел I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕТОНАЦИИ ГАЗОВЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ.

Со времени обнаружения газовой детонации французскими учеными [1-4] эксперимент продолжает занимать лидирующее положение в физике взрывных явлений и позволяет получать качественно новые данные, расширять и совершенствовать представления о детонационных процессах. Существующие экспериментальные методики для исследования быстропротекающих процессов в газовых и низкоплотных гетерогенных системах можно условно разделить на:

зондовые,- связанные с использованием различных датчиков, излучателей и приемников радиоволн;

оптические, - регистрирующие световую информацию в области видимого, инфракрасного и ультрафиолетового спектра;

рентгеновские, - использующие рентгеновскую аппаратуру в "мягком" диапазоне излучений с напряжением около 100 кВ (для измерения плотности газа, изучения динамики разрушения жидкой или твердой фазы).

Мы ограничимся ссылками на некоторые наиболее известные монографии и работы, которые в свою очередь содержат обширную библиографию.

В настоящее время экспериментатор, исследующий детонационные процессы, осваивает и использует, как правило, небольшую часть известных методик. Сравнительно редко он совершенствует существующие или создает новые методики - это происходит тогда, когда требуется установить истину при наличии в литературе противоречивых данных или получить существенно лучшие результаты. В качестве достижения за последние 15 лет можно отметить создание в ИТПМ СО

РАН ( лаборатория Папырина А.Н.) комплекса схем лазерной высокоскоростной визуализации на основе лазера-стробоскопа и методов когерентно-оптической обработки многоэкспозиционных изображений двухфазных потоков [5-7].

В настоящем разделе дана краткая характеристика методов и техники измерений параметров детонации в гомогенных и гетерогенных системах, включая собственные результаты автора по методикам измерения давления пьезодатчиками, электромагнитным измерениям электропроводности и массовой скорости продуктов детонации, способам создания ударных волн и особенностям инициирования детонации в различных системах. При выполнении настоящей работы по исследованию детонационных процессов создан экспериментальный стенд, состоящий из вертикальных и горизонтальных труб от 10 до 70 мм диаметром и комплекса оптической и электроизмерительной аппаратуры (рис.1 Л).

Заключение диссертации по теме «Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва», Пинаев, Александр Владимирович

3.4. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ III.

1. Экспериментально установлено, что в инертной пористой среде, заполненной активными газовыми смесями, реализуются только сверхзвуковые (детонационные) стационарные режимы горения с непрерывным от начального давления изменением скорости от 400-900 м/с до значений д^.

2. В инертной пористой среде впервые обнаружен новый стационарный режим быстрого горения с пикообразной формой давления в волне и дозвуковой (относительно скорости звука в газе) скоростью распространения.

3. Впервые показано, что в пористой среде, заполненной одной и той же газовой смесью, с повышением начального давления могут осуществляться плавные либо скачкообразные переходы со стационарных режимов горения на стационарные детонационные.

4. Установлено, что состав газовой смеси и характеристики пористой среды (пористость, размер частиц) влияют на выбор режима сгорания, величину скорости волны и начальное давление смеси, при котором происходит переход между режимами.

5. Впервые показано, что в пористой среде в смесях газа с возрастающей от начального давления турбулентной скоростью горения происходит переход на режимы быстрого или детонационного горения.

6. Предложена классификация процессов горения и детонации газов в пористой среде с учетом новых обнаруженных режимов горения.

7. Экспериментально показано, что при низкоскоростных режимах газовой детонации в пористой среде имеет место струйный механизм воспламенения, детонация является "неидеальной" и отличается от известной ЗВД модели.

8. Определены пределы горения и детонации газов в пористой к среде и показано, что критерий Пекле Ре = 65 ± 45 позволяет оценивать значения критического давления, либо зазора в кислородных и топливовоздушных смесях.

9. Впервые экспериментально установлена возможность распространения пламени в природном глинистом грунте при фильтрационном горении топливовоздушной смеси со скоростью меньшей, чем I мм/с; показано, что грунт, подверженный действию волны фильтрационного горения теряет цросадочные свойства и упрочняется на 1-2 порядка.

10. Впервые выполнены экспериментальные исследования гетерогенной детонации в пористой среде, частицы которой покрыты жидкими или твердыми горючими, а объем пор заполнен газообразными окислителями: а) установлено существование двух критических давлений при фиксированной концентрации горючего и двух (минимальной и максимальной) критических концентраций при фиксированном р0; б) определена область существования газопленочной детонации на плоскости: начальное давление - концентрация горючего и показано, что она лежит внутри области, ограниченной линией богатого предела по окислителю, прямой нижнего предела по давлению и прямой максимального содержания горючего в пористой среде; в) показано, что разбавление кислорода азотом приводит к резкому сужению области существования гетерогенной детонации вплоть до ее полного исчезновения при использовании в качестве окислителя воздуха, по крайней мере, до давлений 100 атм; г) измерение конечного, после реакции, давления в системе свидетельствует, что одновременно с изменением начального давления и концентрации горючего меняется суммарное уравнение химической реакции и полнота сгорания исходной гетерогенной смеси; д) фронт химической реакции может распространяться в инертной плотной пористой среде как в режиме детонации (400-1200 м/с), так и в режиме дозвукового горения (80-300 м/с) - последний случай реализуется в узкой зоне начальных параметров мелкодисперсных сред при высокой концентрации горючего; е) показано, что при гетерогенной детонации в пористой среде имеет место конвективный механизм распространения детонации, когда перенос пламени в поры осуществляется струями горячих продуктов, движущимися со скоростью фронта;

II. Впервые в вакуумированной инертной пористой среде реализована низкоскоростная стационарная детонация ВВ и показано, что имеет место струйный безударный механизм распространения детонации. а) Показано, что критическая среднеобъемная плотность ВВ зависит от температуры воспламенения ВВ и размера частиц пористой среды и составляет несколько мг/см3. б) Обнаружено, что при наличии газа в пористой среде детонация возможна при меньшей, чем в случае вакуума среднеобъемной плотности ВВ; при этом для каждой плотности существуют два предела (минимальный и максимальный) по начальному давлению. в) С уменьшением среднеобъемной плотности ВВ наблюдается сужение области существования детонации по начальному давлению вплоть до ее вырождения.

В заключение сделаем следующие выводы: определена область применимости методики и проведены измерения профилей электропроводности в смесях ацетилена и водорода с кислородом с разрешением во времени 0,2 же и по пространству - 0,1 мм; во фронте детонации обнаружена область объемного заряда, возникающая в связи с этим поправка учтена при измерении о; установлено, что проводимость в зоне реакции ацетилено-кислородных смесей является неравновесной (в отличие от водородно-кислородных) и превышает на 2 + 2,5 порядка значения о в области за фронтом; установлено, что причиной повышенной (неравновесной) проводимости в ацетилено-кислородных смесях являются процессы хемиионизации, показано, что спад неравновесной проводимости обусловлен процессами рекомбинации (наиболее вероятен механизм диссоциативной рекомбинации).

2. Щюфижмассовой^ .

В ряде работ электромагнитными методами измерены массовые скорости для определения расхода жидкостей и газов при сравнительно медленном их течении в трубопроводах, каналах [41,673, а также в опытах на ударных трубах [69,89,112-1153 и иных высокоскоростных потоках газа [1163. В Ш73 обсуждаются результаты измерений массовой скорости [1153, в [683 приведено условие для МГД измерения и(г).

Ниже экспериментально показана возможность измерения профилей массовой скорости в волнах газовой детонации с применением радиального электрического и вихревого магнитного полей в коаксиальной геометрии [71 ,383 (см.§ I) при раздельном использовании электрического и магнитного полей (вариант (в)).

Принципиальная схема измерений приведена на рис.1.9. При измерениях шунтирующее действие току Г оказывает проводящая среда - по соединению протекает дополнительный ток £.= 1г /й и

Н^/сМ 21СГ1

- о,- с 2 • 10 г1 Ом , где <11 /дЛ - производная

2£В/Ш \х0и1п В/г0 1 а тока, создаваемого в движущейся среде магнитным полем. Для проверки действия шунтирования проводили измерения при нескольких значениях г0. Полностью этот эффект был исключен после помещения проводника I в изолированный от него металлический экран с применением заземляющей закоротки с экрана на трубу 2.

Батарею конденсаторов емкостью = 980 мкФ заряжали до = 1,4 - 4 кВ, запуск источника тока 7 осуществляли через разрядник с помощью электронной схемы детонационной волной за 200-300 мкс до ее прихода к прокладке 4. Конденсатор разряжался в апериодическом режиме через сопротивления 0,3 Ом на электрод 1. Сопротивление электрода с подводящими кабелями и контактами составляло 0,34 Ом. Измерения проводили в той области, где изменение I мало (через 200-300 мкс после запуска источника) и.не превышало 5 -7%. Величину I (2,2 -5- 6,3 кА) определяли по напряжению с шунта. Индукцию магнитного поля В в объеме трубы вычисляли по измеренному I, время "просачивания" магнитного поля через экран на проводнике 1 меньше Ю-5 с, влияние магнитного поля от цепи обратного тока пренебрежимо мало. Для получения достаточной для измерения величины сигнала применяли (в опытах с магнитным полем) датчики с Пд = 350 витков, Тд = 12 мкс, датчики помещали в толстостенные двойные экраны из сплава " Армко", чтобы уменьшить влияние паразитных наводок.

• При независимых измерениях а напряжение на электрод из нержавеющей стали радиусом I; 2 или 3 мм подавали с конденсаторов емкостью 300 мкФ, заряжаемых от источника Б5-47 через сопротивление 100 Ом. Экран на проводнике 1 и заземляющую закоротку с него в опытах не использовали. Удовлетворительное совпадение соответствующих значений и и о получено в схеме измерений, описанной выше, и в опытах с П- образной трубой с параллельными участками одинаковой длины того же диаметра - в одном из колен проводились измерения а , а в другом - одновременно независимые измерения массовой скорости.

На рис. 1.15 приведены характерные осциллограммы при различных I для смесей 21^ + 02 и СгЕг + 2,5 0 . Для получения достаточного уровня сигнала здесь применен датчик с тгд = 350 (тд^ 12 мкс). Сигналы в отсутствие "внешних" электрического и магнитного полей растут с увеличением р . Они получены в той же постановке, в которой проведены измерения и. Существование этих сигналов свидетельствует о наличии в волне детонации объемного заряда (локального нарушения электронейтральности ионизационного газа), что является следствием различия подвижности ионов и электронов при диффузионных процессах во фронте детонации.

Характерные осциллограммы датчиков при наличии "внешнего" электрического поля, соответствующие профилям о, приведены на рис.1.16. Значения о(0) непосредственно во фронте в смеси С£Н2 + 2,5 02 здесь занижены, поскольку получены на датчиках с временным разрешением т;д * 12 мкс (дд = 350). Погрешность измерений о в области за фронтом детонации не превышает 10%.

Значения о, и находили с учетом сигналов ид, полученных при I = 0, ио = 0. Электропроводность продуктов детонации рассчитыва

Ш в/г0 аь а1 ли по выражению о =-•—, где — = ~кАи1ХП - и„),

2%ш0 ах аг д да д д коэффициент, определяемый при калибровке датчика в той же геометрии с помощью генератора синусоидальных сигналов. Массовую ско

1С МКС

Рис. 1.15. Осциллограммы датчиков при измерении и. а, в - 2Н2+02, б, г - с2н2+2.502; рд, атм = 1(а, в), 0,5(6, г);

I, кА = 0(а, б), 6,3(в), 4,7(г).

20 МНС.

20 мы а

Рис. 1.16. Осциллограммы датчиков при измерении о. 2Но+0о, р0= I атм, 17п= 20 В; б - срн?+2,50р, рс= 0,5 атм о

Т7Г= 20 В; в - С2Н2+2.50Р, рп= 0,4 атм, 17 = 25 В. о О рость находили из выражения и = dl/dt где

Результаты обработки экспериментов и данные других авторов расстояния от фронта х = х/2Е (звездочкой здесь и в дальнейшем обозначены параметры в плоскости Чепмена-Жуге, соответствующие расчетам равновесной детонации [42]) представлены на рис Л.17, где I - расстояние от места инициирования до фронта "волны. Здесь штриховкой нанесены значения и, полученные в настоящей работе с

I ( помощью электромагнитной методики, кривые I и 2 получены путем обработки треков самосвечения продуктов детонации и треков, создаваемых микрокаплями, сорванными с подвешенных в центре сечения трубы одиночных капель гексадекана диаметром 2 - 3 мм.

На снимках те и другие треки различимы. Скоростной поток газа "сдирает" с поверхности исходных капель тонкий слой жидкости, который распадается на капли микронного размера, ускоряющиеся до скорости потока газа в непосредственной близости от поверхности капель [43]. В настоящих экспериментах факт совпадения скоростей газа и капель подтверждается тем, что треки микрокапель и газа имеют одинаковые наклоны во всей области движения за фронтом. Совпадение в пределах разброса массовых скоростей, определенных по трекам самосвечения продуктов детонации и трекам микрокапель (в центре сечения) свидетельствует о том, что основная доля светящихся треков газа соответствует ядру потока, а не области динамического пограничного слоя газа.

Предложенный метод измерения и при детонации газов (по трекам микрокапель) является оригинальным и наиболее точным, его результаты удовлетворительно совпадают с данными измерений и для безразмерных профилей и = и/и* в зависимости от безразмерного

Рис. I.I7. Безразмерные профили массовой скорости за фронтом детонации в газах, pQ= I .атм.

1,1'- 2Но+0, 2, 2'- С0Н„+2,5о„(электромагнитные (1,2) и трековые с. d с. с. с.

I',2*) измерения, R = 17,5 мм); 3 - разброс измерений; 4- расчет [109] для 2Н2+02 и g2H2+2,502, R = 8 мм, L = 3,5 м; 5 - данные

114], R = 8 мм; 6 - данные МГД-измерений [63], R = 10,5 мм; 7,

7', 7" - [118], смесь С2Н2+2,502, pq=0,7; 0,5; 0,3 атм; 8- [97],

2Н2+02, р0= 530 мм рт.ст., C2H2+2,502, pQ= 0,3 атм, R = 40 мм. вблизи фронта других авторов [97,118] (см.рис.1.17). Профили скоростей и по методу треков и по предложенной нами электромагнитной методике удовлетворительно совпадают между собой и лежат ниже расчетных значений [109], магнитогидродинамических [114] и электромагнитных [69] измерений и.

Разброс и связан со случайной ошибкой при обработке осциллограмм из-за сравнимого уровня сигналов ит1 и и° . Для уменыпед« д ния ошибки и разброса (достигающего при обработке осциллограмм 30%) при вычислении и необходимо увеличить Г (до 15-20 кА). Можно показать, что сигналы, возникающие в датчике при движении проводящей среды в магнитном и электрическом поле, сравнимы (ит! <* доб идо), если ио/1 = 0,47 и 0,4 В/кА соответственно в смесях 2Н2 + 02 и С2Н2 + 2,5 02. Поэтому более точные эксперименты, когда иди » ид , идо » и° (ио <* (5 15)В [13]) следует проводить при I 15 + 20 кА. Тем не менее, проделанные исследования (I < 6,3 кА) показали принципиальную возможность описанных выше электромагнитных измерений. Отличие полученных здесь результатов от расчетов [109] (см.рис.1.17) объясняется, вероятно, неучетом в [109] влияния турбулизации потока из-за его реальной неодномерной ячеистой структуры, потерь (на трение и нагрев стенок) и пограничного слоя.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Пинаев, Александр Владимирович, 1997 год

Список литературы к разделу III.

1. Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. //М., Наука. - 1966, -152 с.

2. Попов O.E., Когарко С.М., Фотеенков В.А. О быстром горении газовой смеси в средах с высокой пористостью. // ДАН СССР.- 1974. -219, М 3. -С. 592-595.

3. Мамонтов P.M., Митрофанов В.В., Субботин В.А. Режимы детонации газовой смеси в жесткой пористой среде.// В сб.¡"Детонация". Черноголовка, ОИХФ АН СССР. -1974. -С. I06-IIG.

4. Kaufman C.W., Chuanjun Yan, NIcholls J.A. Gaseous detonations In porous media.// Proc. 19-tii Int. Symp. on Comb. Pittsburgh. -1982. - P. 591-597.

5. Шаулов Ю.Х. Распространение пламен через пористые среды. // Баку, Изд-во АН Аз ССР. -1954. -95с.

6. Бабкин B.C., Бунев В.А., Коржавин A.A. Распространение пламени в пористых инертных средах // В сб., "Горение газов и натуральных топлив". Черноголовка, ОИХФ АН СССР. -1980. -С.87-89.

7. Коржавин A.A., Бунев В.А., Абдуллин Р.Х., Бабкин B.C. О зоне пламени при горении газа в инертной пористой среде.// ФГВ. -1982. - 18, # 6. -С.20-23.

8. Бабкин B.C., Бунев В.А., Коржавин A.A., Клименко A.C., Зубков В.И., Григорьев В.М. Горение газа в закрытом сосуде с инертной высокопористой средой.// ФГВ. -1985. -21, Л 5. -С.17-22.

9. Лямин Г.А. Гетерогенная детонация в жесткой пористой среде.// ФГВ. -1984. -20, Jfe 6. -С.134-138.

10. Ждан С.А. Структура детонационных волн в вакууме с частицами унитарного топлива.// ФГВ. - 1991.- 27, Л 6. -C.I09-II5.

11. Ждан С.А. Безударное инициирование детонации в вакууме с частицами унитарного топлива.// ФГВ. -1992. -28, Jfe 4. -С.136-142.

12. Ждан С.А. Пределы распространения в трубе детонации вакуум-взвесей // ФГВ. -1994. -30, » 2. -С.76-84.

13. Митрофанов В.В., Бакиров И.Т. Детонация взвеси частиц чувствительного ВВ в вакууме. // ФГВ. -1994. -30, Jfc 2. -С.122-124.

14. Лямин Г.А., Пинаев A.B. Сверхзвуковое (детонационное) горение газов в инертных пористых средах.// ДАН СССР. -1985. -283, Jft 6. -С.1351-1354.

15. Лямин Г.А., Пинаев A.B. Исследование неидеальной газовой детонации и ее пределов в плотной пористой среде.// В сб. "Динамика сплошной среды". Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -1984. -вып.68. -С.99-107.

16. Лямин Г.А., Пинаев A.B. О режимах сгорания газов в инертной пористой среде.// ФГВ. -1986. - 22, # 5. -С.64-70.

17. Лямин Г.А., Митрофанов В.В., Пинаев A.B., Субботин В.А. Газовая и гетерогенная детонация в пористых средах.// В сб. "Детонация и ударные волны". Черноголовка, ИХФ АН СССР. -1986. -С.52-56.

18. Лямин Г.А., Пинаев A.B. О режиме быстрого дозвукового горения газов в инертной пористой среде с плавным подъемом давления в волне.// ФГВ. - 1987. - 23, Я 4. -С.27-30.

19. Лямин Г.А., Пинаев A.B. Детонация и горение газовых смесей в инертной пористой среде.// В сб. "Фундаментальные проблемы физики ударных волн. Азау 87". Тезисы докладов Всесоюзного семинара . Черноголовка, ИХФ АН СССР. -1987, -T.I, ч.1. -С.158-160.

20. Пинаев A.B., Лямин Г.А. Основные закономерности дозвукового и детонационного горения газов в инертных пористых средах.// ФГВ. -1989. -25, Jfc 4. -С.75-85.

21. Пинаев А.В., Лямин Г.А. Результаты экспериментального изучения распространения гетерогенной детонации в инертной пористой среде.// В сб. "Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения". Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -1991. -С.107-108.

22. Lyamin G.A., Mitrofanov V.V., Pinaev A.V., Subbotin V.A. Propagation of gas explosion in channels with uneven walls and in porous media. // "Dynamics structure of detonation in gaseous dispersed media".- Kluwer Academic Publishers, the Netherlands. -1991. - P. 51-75.

23. Лямин Г.А., Шшаев А.В. Гетерогенная "газ-пленка" детонация в инертной пористой среде.// Всесоюзная школа - семинар по взрывным явлениям. Тезисы докладов. Алушта. -1991.

24. Пинаев А.В., Лямин Г.А. Структура гетерогенной детонации в пористой среде (эксперимент).// В сб. "Детонация". Тезисы докладов на X Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву. Черноголовка, ИХФ АН. - 1992. -С.40-41.

25. Lyamin G.A., Pinaev A.V. Detonation regimes of heterogeneous system combustion in inert porous medium. // IV Intern, seminar on flame structure. Book of abstracts. Novosibirsk. - 1992. -P.136.

26. Пинаев А.В., Лямин Г.А. К структуре газопленочной и газовой детонации в инертной пористой среде.// ФГВ. -1992. -28, № 5.- С. 97-102.

27. Лямин Г.А., Пинаев А.В. Гетерогенная детонация (газ-пленка) в пористой среде. Область существования и пределы.// ФГВ. - 1992. -28, Jfc 5. -С.102-108.

28. Пинаев А.В., Лямин Г.А. Низкоскоростная детонация ВВ в ваку-

умированной пористой среде.// ДАН. -1992. - 325, » 3. -С.498-501.

29. Пинаев A.B. О режимах сгорания и критерии распространения пламени в загроможденном пространстве.// ФГВ. - 1994. -30, Л 4. -С.52-60.

30. Пинаев A.B. Фильтрационное горение газов в природном грунте. // ДАН. - 1994. -336, * 4. -С. 471-475.

31. Pinaev A.V. " Vacuum" detonation in a porous medium. // "Combustion, detonation, shock waves" Proc. Intern. Confer, on Comb. (Zel'Dovich memorial). Moscow, The Combustion Institute, Russion Section. - V.2 - P.378-381.

32. Пинаев A.B. Результаты исследования детонации и горения газовых и гетерогенных систем в инертной пористой среде (обзор).// IV Международная конференция Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике. Тезисы докладов. Новосибирск, ИГиЛ СО РАН. -1995. - С. 130.

33. Зельдович Я.Б. Теория предела распространения тихого пламени. // ЖЭТФ. - 1941.- II, * I. -С. 159-169.

34. Розловский A.M. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами//М., Химия. -1972. -368 с.

35. Щелкин К. И. Быстрое горение и спиновая детонация газов.// М., Воениздат. - 1949. -122 с.

36. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения.// М., Из-во АН СССР. - 1963. -256 с.

37. Щелкин K.M. Влияние шероховатости трубы на возникновение и распространение детонации в газах.// ЖЭТФ. - 1940. -10. -С. 823.

38. Бабкин B.C., Козаченко Л.С. Возникновение детонации в газе в шероховатой трубе.// ПМТФ. - I960, -JÊ 3. -С.165-174.

39. Субботин В.А., Кузнецова А.Я. Режимы сгорания взрывчатых га-

зовых смесей в каналах переменного сечения.// В сб."Динамика сплошной среды". Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -1984. -вып.68. -c.I24-I3I.

40. Mafcris A., Papyrln A., Kamel М., Kllambi G., Lee J.H., Knys-tautas R. Mecliamisms oí detonation propagation in a porous medium. // In "Dynamic Aspects oí Detonations", ed. by Kuhl, Leyer, Borisov, Sirignano; y 153 " Progress in astronautics and aeronautics. Washington. - 1991. -P. 363-380.

41. Зельдович Я.В., Либрович В.В., Махвиладзе Г.М., Сивашинский Г.И. О возникновении детонации в неравномерно нагретом газе.// ПМТФ. -1970. -JÉ 2. -С.76.

42. Lee J.H.S., Moen 1.0. The mechanism of transition from deflagration to defonation in vapor cloud explosions. // Prog. Energy Comb. Sei. - 1980. - 6, Jé 4. - P. 359.

43. Аксаментов C.M., Мацуков Д.И., Митрофанов В.В. О механизме возникновения вторичных взрывных волн за одномерной ДВ в газе.// ФГВ. - 1990. -26, JÉ 5. -С. 135-136.

44. Фролов С.М. Эффекты неидеальности при зарождении и распространении взрыва.// Дис. доктора физ.-мат.наук. М., ИХФ РАН. -1992. -393 с.

45. Дицент В.Е., Щелкин К.И. Быстрое горение в шероховатых трубах.// ЖФХ. - 1945. -JÉ 4-5. -С. 221.

46. Рыбанин С.С. К теории детонации в шероховатых трубах.// ФГВ. -1969. -5, JÉ 3. -С. 395-403.

47. Зельдович Я.Б. К теории распространения детонации в газообразных системах. // ЖЭТФ. - 1940. -10, вып.5. - С.542-568.

48. Зельдович Я.Б., Компанеец A.C. Теория детонации.// М., Гос-техиздат. - 1995. - 268 с.

49. Зельдович Я.Б., Гельфанд Б.Е., Борисов A.A., Фролов С.М., Поленов А.Н. Зона реакции при низкоскоростной детонации газов в шероховатых трубах.// "Химическая физика". - 1985. -4, JÉ 2. -С.279-288.

50. Зельдович Я.Б., Борисов A.A., Гельфанд Б.Е., Хомик C.B., Ма-илков А.Е. Низкоскоростные квазидетонационные режимы горения топливо-воздушных смесей в шероховатых трубах.// ДАН СССР. -1984. -279, № 6. -С. 1359-1362.

51. Васильев A.A. О геометрических пределах распространения газовой детонации.// ФГВ. -1982. -18, * 2. -С. 132-136.

52. Lee J.H.S., Knystautas R., Frelman A. High speed turbulent deflagrations and transition in H£- air mixtures to detonations. // Comb. Flame.- 1984. - 56, Jt 2. -P. 227-239.

53. Манжалей В.И. Режимы детонации газа в капиллярах.// ФГВ. -1992. - 28, » 3. - С. 93-100.

54. Манжалей В.И. Физическая модель низкоскоростной детонации в газе. // В сб. " Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения". Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -I99I. -С. 98-99.

55. Манжалей В.И., Субботин В.А. О возможности измерения скоростей турбулентных и ламинарных пламен при высокой начальной температуре.// ФГВ. -1996. -32, * 4. -С.43-46.

56. Аксаментов С.М., Манжалей В.И., Митрофанов В.В., Мацуков Д.И. Исследование механизма галопирующей детонации.// В сб. " Газодинамика взрывных и ударных волн, детонационного и сверхзвукового горения". Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -I99I. -С. 5-6.

57. Бабкин B.C., Дробышевич В.И., Лаевский Ю.М., Потытняков С.И.

Фильтрационное горение газов.// ФГВ. -1983. -19, № 2. -С. 17-26.

58. Потытняков С. И., Бабкин B.C., Лаевский Ю.М., Дробышевич В.И. Исследование тепловой структуры волны фильтрационного горения газов. // ФГВ. .-1985. -21, J* 2. -С. 19-25.

59. Потытняков С.И. Горение газов в инертных пористых средах в условиях интенсивного межфазного теплообмена. // Дис. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск. ИХКиГ СО АН СССР. -1985. -112 С.

60. Топчиян М.Е. Детонационные волны в газах. // Дис. доктора физ.-мат. наук. Новосибирск, ИГ СО АН СССР. -1974. -233 с.

61. Астапов Н.С., Николаев Ю.А., Ульяницкий В.Ю. О параметрах детонации водородно-кислородных и водородно-воздушных смесей при высокой начальной плотности. // ФГВ. -1984. -20, Jfc I. -С.98-105.

62. Манжалей В.И., Митрофанов В.В., Субботин В.А. Измерение неод-нородностей детонационного фронта в газовых смесях при повышенных давлениях. // ФГВ. -1974. -10, * I. -С. I02-II0.

63. Николаев Ю.А., Топчиян М.Е. Расчет равновесных течений в детонационных волнах в газах. // ФГВ. -1977. -13, Л 3. -С. 393-404.

64. Щетинков Е.С. Физика горения газов//М., Наука. -1965. -739 с.

65. Золотарев П.П. Распространение звуковых волн в насыщенной газом пористой среде с жестким скелетом.// Инж. журн. -1964. -4, Я I. -C.III-I20.

66. Николаевский В.Н., Басниев И.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. // М., Недра. -1970. -339 С.

67. Гельфанд Б.Е., Медведев С.П., Поленов А.Н., Тимофеев Е.И., Фролов С.М., Цыганов С.А. Измерение скорости слабых возмущений в пористых средах насыпной плотности. // ПМТФ. -1986. - Л I. С.141-144.

68. Гвоздева Л.Г., Фаресов Ю.М. Приближенный расчет параметров

стационарных ударных волн в пористых сжимаемых материалах. // ПМТФ. - 1986.- Jfc I. - С.120-125.

69. Аэров М.Е., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. // Л., Химия. - 1968. - 98 с.

70. Льюис В., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. // М., Мир. - 1968. -592 с.

71. Бабкин B.C., Дробышевич В.И., Лаевский Ю.М., Потытняков С.И. О механизме распространения волн горения в пористой среде при фильтрации газа. // ДАН СССР. - 1982. -265, Л 5. - C.II57-II6I.

72. Абилов H.A. Фильтрационное горение метана и смеси пропана с бутаном в различных пористых средах. // Дис. канд. хим.наук. Алма-Ата. - 1990.- 120 с.

73. Гамбург Д.В., Семенов В.П., Дубовкин Н.Ф., Смирнов Л.Н. Справочник. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. // М., Химия. - 1989.- 672с.

74. Коротеев Д.В. Производство работ по термоупрочнению грунтов. // М., Стройиздат. - 1983. - 77.с.

75. Лесняк С.А., Назаров М.А., Сербинов А.И., Трошин Я.К. О задержке воспламенения во фронте гетерогенной (газ-пленка) детонации. // ФГВ. - 1975. - II, Jfc 6. -С.897-903.

76. Лямин Г.А., Пинаев A.B. Пределы и режимы распространения детонации в газопленочных системах//ФГВ. -1984. -20, J§ I. -С.93-98.

77. Лыков A.B. Тепломассообмен.// М., Энергия. - 1978. -478 с. (-C.I55-I6I).

78. Rogg В., Herman D., Adorneit. Shock- induced blow in regular array of cylinders and packed belds. // Int. J. Heat Mass. Transfer. - 1985. - 28 JÉ 12. - P. 2285-2298.

79. Щлихтинг Г. Теория пограничного слоя//М., Наука.-1974. -712с.

80. Бабкин B.C. Фильтрационное горение газов. // Дис. доктора физ. -мат. наук. М. - 1993. -66 с.

81. Strehlow R.A., Luckritz R.T., Adamczyk А.А., Shimpi S.A. The blast wave generated by spherical flames.// Comb. Flame. -1979. -35, Л 3. - P.297-310.

82. Moen I.O., Donato M., Knystautas R., Lee J.H. Plame Acceleration Due to Turbulence Produced by Obstacles.// Comb. Plame. -1980. -39, Л 1. -P.21-32.

83. Moen I.O., Lee J.H.S., Hderager B.H., Puhre K., Eckhoff R.K. Pressure Development Due to Turbulent Plame Propagation in Large-scale Methane- Air Explosions. // Comb. Plame. -1982. -47, Л 1. -P.31-52.

84. Chan C., Moen I.O., Lee J.H.S. Influence of Confinement on Plame Acceleration Due to Repeated Obstacle. // Comb. Plame. -1983. - 49, Л 1. - P.27-39.

85. Кузнецов В.P., Сабельников В.А. Турбулентность и горение. // М., Наука. - 1986. - 288 с.

86. H^ertager В.Н. Numerical Simulation of Turbulent Plame and Pressure Development in Gas Explosions. // Puel - Air Explosions. - Univ. of Waterloo. Press SM. - 1982. - Л 16. -P.405-424.

87. Knystautas R., Lee J.H., Peraldi 0., Chan C.K. Transmission of a Plame from a Rough to a Smooth - Walled Tube. // Progress in Astronaut, and Aeronaut. - 1985. - 106. -P.37-52.

88. Лямин Г.А., Пинаев А.В. Исследование возможностей гетерогенной детонации в нефтеносных породах. // Отчет ИГиЛ СО АН СССР. Новосибирск. -1983. - инв. Л 0284.003807. - 22 с.

89. Лямин Г.А. Гетерогенная детонация в жесткой пористой среде.

// ФГВ. - 1984. - 20, * 6. - С. 134-138.

90. Коржавин A.A., Бунев В.А., Бабкин B.C. О существовании режима низкоскоростного распространения пламени в инертной пористой среде, смоченной углеводородным топливом. // ДАН.- 1994.- 337, $ 3.-С.342-344.

91. Лямин Г.А., Пинаев A.B., Лебедев A.C. Пьезоэлектрики для измерения импульсных и статических давлений.// ФГВ. -1991.- 27,.№ 3. -С.94-103.

92. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. // М. -Л., Госэнергоиздат. - 1962.

93. Фролов С.М., Гельфанд Б.Е., Тимофеев Е.й. Взаимодействие пленки жидкости с высокоскоростным газовым потоком за ударной волной. // ФГВ. - 1984. - 20, № 5. - C.I07-II4.

94. Андреев В.В., Зубков П.И., Киселев Г.М., Лукьянчиков Л.А. Об одном из режимов детонации в порошковых ВВ малой плотности. // В сб. "Динамика сплошной среды". Новосибирск, ИГиЛ СО АН СССР. -1972. - Вып.10. - С.183-188.

95. Андреев В.В. Лукьянчиков Л.А. Механизм распространения детонации с малой скоростью в порошковом тэне при искровом инициировании. // ФГВ. - 1974. -10, J§ 6. -С. 912-919.

96. Нигматулин Р.И., Вайнштейн П.Б., Ахатов М.Ш., Пыж В.А. Структура детонационных волн в двухфазных дисперсных средах. //В сб. "Детонация". Черноголовка. ОИХФ АН СССР. - 1977. - С. 100-103.

97. Нигматулин P.M., Вайнштейн П.Б., Ахатов И.Ш. Структура стационарных детонационных волн в смесях газа с частицами унитарного топлива. //В сб. "Детонация". Черноголовка. ОМХ АН СССР. - 1980. -С.96-99.

98. Ахатов И.Ш., Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И. Структура дето-

национных волн в газовзвесях унитарного топлива. // Изв. АН СССР, МЖГ. - 1981. Л 5. - С. 47-53.

99. Вайнштейн П.Б. Гидродинамика перехода горения дисперсных систем унитарного топлива во взрыв и детонацию. // Дис. доктора физ. -мат. наук. М., Ин-т мех. МГУ. - 1988. - 306 с.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Предложены оригинальная схема электрических измерений, устраняющая релаксационные процессы и обеспечивающая постоянство чувствительности пьезокерамики, и новый электромагнитный контактный метод измерения профилей массовой скорости и электропроводности, изменяющихся вдоль течения.

С помощью этих методик выполнены соответствующе точные измерения в газовых и гетерогенных средах.

2. Во фронте газовой и гетерогенной детонации обнаружена область объемного заряда, возникающая в результате амбиполярной диффузии электронов и ионов на границе плазмы.

3. Впервые в системах газ-пленка обнаружены и исследованы спиновые режимы детонации с изломом и плавным искривлением переднего фронта; показано, что спиновая детонация возникает преимущественно в системах с тонкими пленками маловязких горючих при наличии бедной паровой фазы.

4. Построена акустическая модель спиновой газопленочной детонации для неоднородного по длине основного потока и показано, что частота "головы" спина зависит в основном от граничных условий на переднем фронте; результаты расчетов находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными.'

5. Установлено, что во всей области существования газопленочной детонации вплоть до ее предела (700-800 м/с) фронт пламени благодаря перестройке механизма воспламенения близко примыкает к ударному, вблизи предела детонации (I) < 1100-1300 м/с) зона реакции распространяется по конвективному турбулентному механизму.

6. Показано, что в зоне реакции газокапельной детонации мо-

жет не догорать до 50-75 % горючего, обнаружено, что вследствие неполноты сгорания капель после отражения падающей детонационной волны от торца трубы возникает вторичная детонация.

Результаты измерений длины зоны реакции газокапельной детонации удовлетворительно совпадают с расчетами: * (35*45)й0 + , г1 ^ 4 см, <30 - диаметр капли.

7. Построена физическая модель воспламенения капли горючего в проходящей ударной волне с учетом физической и химической кинетик и показано, что в слабых УВ (М0 ^ 3,5-3,3) по истечении периода индукции химической реакции происходит взрывное воспламенение в следе капли, в УВ с М0 > 4 задержка воспламенения определяется физическим временем начала разрушения капли и наблюдается "мягкое" воспламенение у ее поверхности.

8. Численное моделирование газокапельной детонации показало необходимость введения распадов капель на части; учет вязкости и поверхностного натяжения горючего замедляет деформацию капель и приводит к автоматическому прекращению их распадов; результаты расчетов удовлетворительно совпадают с опытными данными.

9. Впервые в пузырьковых средах типа инертная жидкость -взрывчатый газ и горючая жидкость - газообразный окислитель получен и исследован сверхзвуковой самоподдерживающийся детонационный процесс, в частности:

установлено принципиальное отличие волны пузырьковой детонации от уединенной волны коноидальной формы в химически инертных пузырьковых средах; показано, что волна детонации обладает осциллирующим профилем давления общей длительностью 50-70 же и амплитудой пульсаций до 300-400 атм, ее параметры определяются физико-химическими свойствами среды и не зависят от условий инициирова-

ния;

скорость пузырьковой детонации гораздо слабее, чем в газах; зависит от состава газовой смеси; концентрационные пределы пузырьковой детонации (по составу и объемному содержанию газа в смеси) сужаются с уменьшением вязкости жидкости;

скорость пузырьковой детонации убывает с уменьшением вязкости жидкости, для каздой системы существует минимальная критическая вязкость, при которой детонация отсутствует;

влияние вязкости жидкости на параметры, пределы детонации и критические условия инициирования связано с зависимостью от нее степени межфазного тепломассообмена при сжатии-расширении пузырьков.

10. Впервые выполнено комплексное исследование волн детонации и горения газовых смесей в инертных пористых средах, в частности:

- обнаружен новый стационарный режим «быстрого» горения с плавной пикообразной формой давления и дозвуковой (относительно газа) скоростью распространения;

- показано, что в смеси фиксированного состава с повышением начального давления могут осуществляться плавные либо скачкообразные переходы с режимов горения на детонационные;

- представлена полная классификация всех возможных процессов горения и детонации газов в пористых средах.

11. Показано, что при низкоскоростных режимах газовой детонации в пористой среде имеет место конвективный струйный механизм инициирования, обеспечивающий малую (в несколько мкс) задержку воспламенения; тепловая (кондуктивная) модель предела позволяет оценивать значения критических параметров (начальное давление,раз-мер каналов) по критерию Пекле Ре = 65 ± 45.

12. Установлена возможность распространения пламени в природном глинистом грунте в режиме фильтрационного горения топливо-воздушной смеси со скоростью не выше I мм/с и температурой среды до 1500-1800 К, в результате воздействия волны горения грунт теряет просадочные свойства и упрочняется на 1-2 порядка.

13. Впервые обнаружены и исследованы режимы газопленочной гетерогенной детонации в инертной пористой среде. Определена область существования детонации от начального давления окислителя и концентрации горючего;

для мелкодисперсных сред наряду с детонационным (£ = 400*1200 м/с) обнаружен режим дозвукового «быстрого» горения (£=80*300 м/с);

показано, что при газопленочной детонации имеет место конвективный механизм распространения детонации, когда перенос пламени в поры осуществляется струями горячих продуктов, средняя массовая скорость которых совпадает со скоростью детонационного фронта.

14. Впервые в вакуумированной инертной пористой среде реализована низкоскоростная стационарная детонация низкоплотных ВВ и показано, что механизм распространения детонации - чисто струйный, безударный;

' критическая среднеобъемная плотность ВВ, когда еще распространяется детонация, зависит от температуры воспламенения ВВ, размера частиц пористой среды и составляет несколько мг/см3;

при наличии газа в порах критическая среднеобъемная плотность ВВ может быть ниже, чем в случае вакуума - одновременно с уменьшением плотности сужается область существования детонации по начальному давлению вплоть до ее вырождения.

заключение

Выполненные экспериментальные исследования показали, что при гетерогенной детонации в большинстве систем, характер инициирования в зоне реакции и механизм ее распространения для низкоскоростных режимов и в околопредельной области не является ударно-волновым; зона реакции имеет конечные размеры и определяется межфазным взаимодействием; поток в зоне реакции не находится в состоянии химического, термодинамического или физико-механического равновесия; структура течения в зоне реакции существенно неодномерная.

Минимальные значения скорости детонации в стесненном или загроможденном пространстве вблизи ее предела достигают 400-800 м/с, фронт свечения располагается в непосредственной близости от детонационного во всей области существования детонации. Вблизи предела детонации задержка воспламенения благодаря струйно-конвективному механизму составляет несколько мкс, что на 2-3 порядка меньше, чем соответсвующий тому же значению скорости фронта период индукции химической реакции.

На основании выполненного комплексного исследования детонационных процессов можно утверждать, что волна детонации в низкоплотных гетерогенных системах - это сверхзвуковая самоподдерживающаяся волна сжатия с химической реакцией во фронте и сложным изменяющимся (в зависимости от скорости волны и вида системы) механизмом воспламенения, скорость гетерогенной детонации однозначно определяется начальным состоянием среды.

Полученнные результаты свидетельствуют о существовании целого класса режимов "неидеальной" детонации и являются значительным вкладом в физику горения и взрыва.