Исследование детонационных свойств двухфазных топливо-воздушных смесей и механизмов, ответственных за развитие взрывных процессов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ



РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ" Институт Прикладной Химической Физики

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВ Виктор Иванович

УДК 536.46

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТОНАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДВУХФАЗНЫХ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ И МЕХАНИЗМОВ, ОТВЕТСТВЕННЫХ ЗА РАЗВИТИЕ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ.

01.04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА

1998

Работа выполнена в Институте Прикладной Химической Физики Российского Научного Центра "Курчатовский Институт"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук Дорофеев С. Б.,

Институт Прикладной Химической Физики РНЦ "Курчатовский Институт"

Официальные оппоненты:

профессор, доктор физико-математических наук Гельфанд Б. Е.,

Институт Химической Физики им. Н. Н. Семёнова Российской Академии Наук

профессор, доктор физико-математических наук Цыганов С. А.,

Российский Фонд Фундаментальных Научных Исследований

Ведущая организация: Государственный Научно-Исследовательский Институт Машиностроения (ГосНИИМАШ), г. Дзержинск,

Нижегородская обл.

>> «

Защита состоится со-саГл 1998 г. в на заседанш Специализированного совета по химической физике Д.034.04.05 пр1 Российском Научном Центре "Курчатовский Институт" по адресу 123182, Москва, пл. И. В. Курчатова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РН1_ "Курчатовский Институт".

Автореферат разослан "/2"' исах 1998 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор химических наук

Серик В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Крупномасштабные аварии на различных топливо-насыщенных объектах (нефте- и газохранилища, нефте- и продуктопроводы, химические производства, транспорт и пр.) нередко сопровождаются взрывными процессами, зачастую определяющими тяжесть последствий аварии. В связи с этим большое значение имеют исследования, направленные на изучение детонационных свойств смесей наиболее распространенных в промышленности топлив с воздухом. Облака топливо-воздушных горючих смесей, формирующиеся в процессе развития аварий, как правило, отличаются сложной конфигурацией и неоднородным по объёму составом. Известны случаи спонтанного развития взрывных процессов в таких облаках при отсутствии мощных источников энергии, способных инициировать детонацию. Особенный интерес представляют результаты экспериментов в условиях неограниченного объёма, поскольку такие эксперименты наиболее близко соответствуют условиям, при которых происходят реальные взрывы при авариях. Эксперименты на низкочувствительных смесях требуют большого масштаба и проведение таких работ связано с известными трудностями. Этим объясняется сравнительно небольшой объем опубликованных данных по детонационным свойствам низкочувствительных смесей.

Недостаток информации по детонационным свойствам смесей промышленных топлив с воздухом, а также по механизмам, ответственным за развитие взрывных процессов, затрудняет достоверное прогнозирование возможных сценариев развития аварии и, как следствие, оценку реальных последствий аварии. Выбор топлив для экспериментальных исследований в диссертационной работе обусловлен тем, что бензин и керосин являются одними из наиболее распространённых в промышленности и представляют собой примеры двух типов топлив - с высоким и низким давлением паров.

Цель работы заключалась в экспериментальном исследовании детонационных свойств двухфазных топливо-воздушных смесей на основе моторных топлив и исследовании механизмов, ответственных за развитие взрывных процессов.

Научная новизна.

1. Исследованы детонационные свойства двухфазных бензино-воздушных смесей: определена минимальная энергия инициирования в зависимости от состава смеси и от степени насыщения смеси парами бензина, определен минимальный

размер детонационноспособного облака и для стехиометрической смеси - размер детонационной ячейки.

2. Исследованы детонационные свойства двухфазных керосино-воздушных смесей, включая минимальную энергию инициирования, минимальный размер детонационноспособных облаков.

3. Исследованы закономерности инициирования бензино-воздушной смеси двумя разнесенными зарядами КВВ, Определена зависимость суммарной минимальной энергии инициирования от расстояния между зарядами.

4. Исследованы особенности инициирования бензино-воздушной смеси газовым зарядом пропано-воздушной смеси.

5. На примере керосино-воздушной смеси экспериментально исследованы закономерности распространения пульсирующей околопредельной детонации I открытом объеме.

6. Экспериментально показана возможность инициирования детонации при распространении относительно слабой ударной волны по неоднородной смеси, находящейся е состоянии, близком к самовоспламенению.

Практическая ценность. В диссертационной работе исследовались воздушные смеси таких

широкораспространенных топлнв, как бензин и керосин. Данные, полученные по детонационным свойствам исследуемых смесей, а также по механизмам, ответственным за развитие взрывных процессов, необходимы для практических методик прогнозирования возможных последствий аварий на топливо-насыщенных объектах, о также для разработки мер по их предотвращению.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 3 Всесоюзной конференции по технике безопасности в химической промышленности (г. Северодонецк, 13-18 мая 1990 г.), на 13 Международном коллоквиуме по динамике взрывов и реагирующих систем (г. Нагоя, Япония, июль 1991 г.) и на 14 Международном коллоквиуме по динамике взрывов и реагирующих систем (г. Коимбра, Португалия, 1-6 августа 1993 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах.

На защиту выносятся:

результаты экспериментального исследования детонационных свойств распылов бензина и керосина в воздухе;

- результаты исследования процесса инициирования бензино-воздушной смеси двумя разнесенными зарядами КВВ;

- результаты исследования инициирования бензино-воздушной смеси газовым зарядом;

- особенности распространения детонации в керосино-воздушной смеси в околопредельном режиме;

- особенности процесса инициирования детонации при распространении слабой ударной волны по неоднородной смеси, близкой к самовоспламенению.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитируемой литературы (69 названий), содержит 62 страницы машинописного текста, 18 рисунков и 2 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность темы, сформулирована цель работы, представлена общая структура диссертации, кратко изложены результаты исследования и положения, выносимые на защиту, показана научная новизна я практическая ценность проведённого исследования.

В первой главе представлен обзор литературы. Обзор литературы структурно резделен на два параграфа. В первом параграфе обзора литературы анализируется состояние исследований по детонационным свойствам топливо-воздушных смесей с точки зрения соответствия существующих представлений о взаимосвязи параметров детонации имеющимся в литературе экспериментальным данным.

Вторая часть обзора посвящена анализу литературных данных по механизму спонтанного возникновения взрывных режимов в горючих смесях.

Сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена исследованию детонационных свойств распылов бензина и керосина в воздухе. Глава состоит из двух частей.

В первой части главы представлены результаты исследований детонационных свойств распылов бензина и керосина при прямом инициировании детонации взрывом заряда КВВ. В экспериментах исследовалась динамика развития процессов, вызываемых взрывом зарядов конденсированного взрывчатого вещества (КВВ) в двухфазных смесях бензина (А-72, А-76) и керосина (ТС-1) с воздухом в свободном пространстве. Аэрозольные топливо-воздушные облака с воспроизводимыми свойствами создавались с

помощью специальной распылительной установки, состоящее из герметичной емкости объемом 0.4 м3 с сифоном I расположенных на уровне земли труб с регулируемым! щелевыми форсунками. В результате сгорания пороховой заряда в емкости создавалось избыточное давление, топливе выбрасывалось через форсунки и распылялось, образу! аэрозольное облако топливо-воздушной смеси, по форм« близкое к полуцилиндру длиной от 8 до 20 м и радиусом до £ м. Средняя концентрация топлива в облаке варьировалась I экспериментах путём изменения массы топлива и массы порохового заряда. Средний размер капель в смеси оценивался по скорости оседания облака и составил для распылов бензинг и керосина приблизительно 50 мкм и 100 мкм соответственно. Инициирование взрывных процессов в топливо-воздушных смесях осуществлялось подрывом зарядов тротила (ТНТ), установленных в облаке на высоте от 0.2 м до 3.3 м на,а землей. Задержка от начала диспергирования до моменте инициирования составляла от 0.8 с до 4.0 с.

В процессе экспериментов проводилась регистрация зависимости избыточного давления от времени калиброванными пьезоэлектрическими датчиками,

установленными на уровне земли вдоль облака. Динамика развития взрывных процессов регистрировалась с помощью скоростной киносъёмки (до 4000 кадр/с) и видеосъёмки (50 кадр/с).

Граничная энергия взрыва инициирующих зарядов, разделяющая случаи самоподдерживающегося и затухающего распространения взрывного процесса, - минимальная (критическая) энергия инициирования детонации Ес, определялась в серии экспериментов.

Известно, что детонационная способность двухфазной смеси сильно зависит от доли паровой фазы в смеси. Для топливо-воздушной смеси бензина в отличие от смеси керосина можно было ожидать накопления паровой фазы в капельном облаке с течением времени. С целью определения зависимости критической энергии инициирования от количества паров бензина в смеси, задержка от начала диспергирования топлива до момента инициирования варьировалась в диапазоне от 0.8 до 4.0 с. В этих опытах концентрация топлива в смеси составляла 0.08-0.12 кг/м3. В экспериментах было показано, что для этих смесей минимальная энергия инициирования детонации резко зависит от времени накопления паровой фазы в облаке (рис. 1). Видно, что пороговое насыщение облака парами

бензина происходит приблизительно за 1.7 с. В экспериментах получено, что возбуждение стационарной детонации в распылах бензина А-72 и бензина А-76 возможно при использовании зарядов тротила массой не менее 0.3 и 0,64 кг соответственно. Зависимость минимальной массы инициирующего заряда от средней концентрации бензина (А-72) в облаке представлена на рис. 2, данные соответствуют высокому содержанию паровой фазы (задержка инициирования от 2.4 с до 3.4 с). Наиболее чувствительными к инициированию детонации являются смеси с содержанием топлива приблизительно 0.1 кг/м3.

В опытах с керосино-воздушной смесью минимальная энергия инициирующего заряда не зависела от времени задержки инициирования. Минимальная масса заряда, позволяющего инициировать детонационный процесс в облаке керосино-воздушной смеси, составила 4.5 кг тротила при средней концентрации топлива около 0.1 кг/м3. Увеличение концентрации до 0.14 и уменьшение до 0.08 приводило к увеличению минимальной массы инициирующего заряда до 7 кг тротила. На рис. 3 показана зависимость минимальной массы инициирующего заряда от средней концентрации керосина в облаке.

1 2 3

Время накопления паров, с

Рис. 1. Влияние времени накопления паровой фазы в облаке бензино-воздушной смеси на минимальную массу инициирующего заряда.

• •/

\ /

\ / /

\ / \ • /

\

4 •

о %

С, кг/мЗ

Рис. 2. Зависимость минимальной массы инициирующего заряда от средней концентрации бензина в облаке.

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 С, кг/мЗ

Рис. 3. Зависимость минимальной массы инициирующего заряда от средней концентрации керосина в облаке.

Детонационные процессы, инициированные в экспериментах, имели незатухающий характер при распространении по всей длине облака. В керосино-воздушной смеси детонационная волна претерпевала сильные пульсации с провалами скорости до 700-900 м/с. На длине облака наблюдалось до четырёх пульсаций, период которых составлял в среднем 2-3 мс (рис. 4). При этом средняя по облаку скорость распространения самоподдерживающейся детонационной волны составляла 1000-1300 м/с. Максимальное давление во фронте волны

изменялось соответственно пульсациям скорости в интервале

Рис. 4. Пульсирующий режим распространения детонации по облаку керосино-воздушной смеси.

Аналогичный пульсирующий режим распространения детонационной волны наблюдался и в бензино-воздушной смеси в экспериментах с задержкой инициирования, не превышающей 1.8 с. При более длительных задержках заметных колебаний скорости детонационной волны не наблюдалось, параметры волны были близки к термодинамическим - скорость 1500-1800 м/с, избыточное давление во фронте волны (18-30) • 105 Па.

Незатухающий характер распространения, постоянная высокая средняя скорость волны, уровень давлений в облаке, вблизи его края, а также вдали от облака позволили характеризовать инициируемые взрывные процессы в распылах бензина и керосина как детонационные. Пониженная средняя скорость волны в керосино-воздушной смеси по сравнению со скоростью Чепмена-Жуге и интенсивные пульсации связаны с близким к минимально допустимому поперечным размером облака смеси.

Одной из важных характеристик детонационной способности смеси является критический радиус при прямом инициировании Бс - расстояние от инициатора, на котором скорость инициирующей волны проходит через минимум. Результаты экспериментов с расположением инициирующего заряда на высоте до 3.3 м над землей позволили сделать приблизительную оценку величины критического радиуса для бензино-воздушной смеси - 2-3 м (бензин А-72). В экспериментах с расположением инициирующих зарядов вблизи поверхности земли критический радиус оценивался по (х-<;)-диаграммам взрывных процессов, его величина для распылов бензина А-76 составила в среднем 2.8 м. Для керосино-воздушной смеси корректно определить критический радиус инициирования в прямых экспериментах не представлялось возможным ввиду недостаточного масштаба экспериментов. Его величина приблизительно оценивалась по (х-1;)-диаграммам и составила 4 м.

Минимальная высота (радиус) полуцилиндрического облака в котором возможно незатухающее распространение детонационного процесса (гш) была определена в экспериментах с различными по высоте облаками смеси. Эта величина для бензино-воздушной смеси составила 2.5-3.0 м, для распыла керосина - 6.5-7.0 м.

В экспериментах ячеистая структура детонационного фронта фиксировалась методом следовых отпечатков на металлических листах, покрытых слоем копоти. Полученные

отпечатки позволили оценить среднии размер детонационной ячейки в экспериментах с бензином А-76. Типичные следовые отпечатки показаны на рис. 5. Видно, что ячеистая структура отличается низкой регулярностью, на приведенных фотографиях можно видеть ячейки различных размеров и представляется трудным выделить какую-либо доминирующую моду. Средний поперечный размер ячейки К (Х=Ь/1.6) по полученным данным оценивается как 40-50 мм. Этот результат близок к размерам ячеек для газов алкановой группы (А.=54—67 мм) и к результатам для смеси паров декана с воздухом (Х=45 мм).

При распространении детонации в керосино-воздушной смеси в условиях, близких к критическим, получение следовых отпечатков фронта стационарной детонационной волны не представляется возможным.

Р; {ШЯЩк

'ЩкЩ

1И с: III

I-1

Рис. 5. Следовые отпечатки структуры детонационного фронта в бензино-воздушной смеси.

По аналогии с газовой детонацией пульсирующий режим, наблюдаемый в распылах керосина, может рассматриваться как результат вырождения ячеистой структуры при околопредельных условиях распространения детонации.

Детонационные параметры, полученные для бензино- и керосино-воздушной смесей приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1

Детонационные параметры распылов бензина и керосина в _воздухе_

Ес, мДж гт, м Вс, м X, м Вс/Х

Бензино-воздушная смесь (бензин А-76)

2.9 2.5-3.0 -2.8 0.04-0.05 -55-69

Керосино-воздушная смесь

20.4 6.5-7.0 ~4 0.3* 13

* Оценка по соотношению Ес — 50ро1>о2Ь3

Минимальный диаметр свободного заряда газовой смеси й], в котором возможно незатухающее распространение детонации, обычно связывают с минимальным диаметром выхода йт. Оценки для величины: й^ отличаются неоднозначностью - которая определяется

размытием границы смеси, увеличивающим значение df. Во всяком случае, значение с?/ составляет не менее 14Ь (или 20Х), а при изменении состава смеси на границе заряда может вдвое превысить указанные значения. Таким образом, ожидаемые значения гт (гт= <¿[/2) для бензино-воздушной смеси составляют 1.4-2.8 м и для керосино-воздушной - 3.5-7.0 м, что не противоречит экспериментально определённым величинам.

Приведенное сопоставление экспериментальных величин Ес, Лс, и гт показывает, что они соответствуют друг другу в решках общепринятых представлений о критических условиях инициирования и распространения детонации. При анализе взаимосвязей между критическими величинами каких-либо особенностей, вызванных двухфазным характером смесей, обнаружено не было (в пределах точности полученных экспериментальных данных).

Во второй части главы исследованы особенности инициирования детонации в облаке бензино-воздушной смеси газовым зарядом стехиометрической пропано-воздушной

смеси. Эксперименты проводились на распылах бензина А-76 стехиометрического состава в открытом объёме. Получено, что к возбуждению детонации в бензино-воздушной смеси приводит взрыв газовой смеси с минимальной энергией ~19 мДж, что почти в 7 раз превышает критическую энергию инициирования взрывом КВВ. процесс инициирования аналогичен критическому инициированию зарядом КВВ. Критический радиус инициирования определялся по (х4)-диаграмме взрывного процесса и составил 5.2 м.

Параметры детонации, полученные для бензино-воздушной смеси приведены в таблице 2 в сравнении с параметрами для пропано-воздушной смеси.

ТАБЛИЦА 2

Параметры детонации пропано-воздушной смеси и двухфазной _бензино-воздушной смеси_

Инициатор Ес, мДж В.с, м X, м

Пропано-воздушная смесь

Заряд КВВ 0.34 1.1* 0.054 -20* 0.27

Бензино-воздушная смесь

Заряд КВВ СаНя/воздух 2.9 2.8 0.04-0.05 19 5.2 0.04-0.05 55-69 0.14 100-130 0.14

* Оценки по соотношению Яс"20%

Несмотря на близкие значения термодинамических параметров и размеров ячеек смесей пропана и бензина с воздухом ни в одном из экспериментов не наблюдалась передача детонации. Как видно из таблицы 2, расхождения между данными экспериментов и оценками по известным соотношениям для динамических параметров детонации (ДС«20Я,, ЕС~Х3) могу г быть довольно значительными для низкочувствительных смесей. Известно что критический радиус инициирования Нс в отличие от размера ячейки хорошо коррелирует с критической энергией прямого инициирования детонации точечным источником энергии (£с~/?с3). Эта корреляция представляется правильной и для случая инициирования неидеальным источником энергии, можно предположить, что она удовлетворяет критическим условиям прямого инициирования детонации различными источниками сферической инициирующей волны.

В третьей главе приводятся результаты исследования механизмов, ответственных за развитие взрывных процессов.

В первой серии экспериментов исследовалось распространена детонации в облаке керосино-воздушной смеси в условиях близких к критическим по массе инициирующего заряда I поперечному размеру облака. Детонационные процессы I такой системе носили явно выраженный пульсирующе характер. Пульсации скорости детонационной волнь повторялись через 2-3 мс, при каждой пульсации происходи; распад детонационного комплекса. По истечении времеш задержки наблюдалось резкое ускорение фронта химическое реакции, формирование и быстрое усиление волны давления • взрывной процесс реинициировался, скорость волны при этом возрастала до величин, значительно превосходящих скорост! Чепмена-Жуге для данной смеси. Более яркая картинг процесса наблюдалась при уменьшении массы инициирующегс заряда до критической величины. При этом ведущая ударна* волна отрывается от фронта химической реакции ш расстояние до 3-4 м. По истечении времени задержки (околс 10 мс), необходимого на подготовку смеси, наблюдало« развитие взрывного процесса в объёме смеси, близкой 1< самовоспламенению. Существенной особенностью данного процесса является то, что к моменту ускорения спонтанногс фронта реакции ведущая ударная волна имеет весьма низкук амплитуду (0.1 - 0.2 МПа), т.е. начальная стадия ускорени* волны происходит в практически "неподжатой" смеси. Таким образом, формирование вторичной взрывной волнь: определяется в основном свойствами смеси с неоднородным распределением времени индукции.

Представленные эксперименты убедительно показывают, что причиной наблюдаемого резкого изменения картинь; течения может быть только изменением состояния смеск между ведущим ударным фронтом и фронтом химической реакции. По существу, при движении ударной волнь: происходит постоянное изменение распределения времена задержки воспламенения за её фронтом. Можно предположить, что при локальном самовоспламенении (пс истечении указанного времени задержки) это распределение оказывается способным к формированию и быстрому усилению волны давления в смеси по механизму Зельдовича.

Следующая серия экспериментов проводилась для исследования способности неоднородной смеси к возбуждению вторичных взрывных процессов при воздействии слабых ударных волн от внешнего источника. В этих экспериментах область смеси, близкой к самовоспламенению, в которой, пс существу, формируется зона с неоднородным распределением

времени индукции, создавалась при распаде взрывного процесса, инициируемого зарядом конденсированного ВВ массой до 40% от критической массы заряда при прямом инициировании. Через эту зону пропускалась ударная волна относительно низкой интенсивности (0.2-0.3 МПа). Источником этой волны был заряд ВВ, размещённый за пределами облака топливо-воздушной смеси. В экспериментах варьировалось время прихода ударной волны в область с неоднородным распределением времени индукции химической реакции (интервал между взрывом заряда в облаке и приходом вторичной волны в неоднородную область).

В экспериментах показано, что развитие взрывного процесса сильно зависит от времени прихода волны в неоднородную область. В случае, если вторичная волна приходит в зону неоднородности через 2-4 мс после подрыва заряда ВВ в облаке, наблюдалось её быстрое усиление, приводящее к формированию самоподдерживающейся детонационной волны, которая далее распространяется по всему объёму облака топливо-воздушной смеси.

Развитие взрывного процесса в описанных экспериментах имеет существенно неодномерный характер. Процесс ускорения ударной волны начинается в районе тройной точки, связанной со взаимодействием отражённой от грунта волны 1 (рис. 6а) от первого заряда и фронтом волны 2 от второго заряда. Ускоряющийся участок проходящей волны образует на полусферическом фронте волны выступ 3 (рис. 66), на котором наблюдается яркое свечение, характерное для детонационной волны. Быстрое развитие вторичной взрывной волны происходит в относительно малой зоне с характерным размером около 1 м, после чего формируется детонационная волна 4 (рис. 6в), которая далее распространяется по всему объёму облака.

Механизм инициирования, описанный выше, наблюдался и в серии экспериментов по исследованию критических условий инициирования детонации двумя зарядами ВВ в бензино-воздушной смеси, близкой по составу к стехиометрической. В экспериментах определялась суммарная критическая масса двух зарядов М в зависимости от расстояния между ними. Результаты экспериментов показаны на рис. 7. Видно, что зависимость суммарной критической массы от расстояния между зарядами имеет немонотонный характер, существует оптимальное расстояние, при котором

Рис. 6. Развитие детонации при инициировании проходящей волной (по результатам скоростной киносъёмки)

0.8-

г

I-§

0.6-

0.41

0.20.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Расстояние между зарядами, м

Рис. 7. Зависимость суммарной минимальной массы инициирующих разнесённых зарядов от расстояния между ними.

суммарная критическая масса минимальна (она оказалась равной критической массе одиночного инициатора для бензино-воздушной смеси).

Инициирование детонации двумя зарядами ВВ общей массой, близкой к критической массе одиночного инициатора, происходит при взаимодействии затухающих взрывных волн от этих зарядов. Взрывная волна от одного из инициаторов распространяется по смеси после воздействия на неё волны от другого заряда, в некоторый момент времени происходит быстрое формирование детонационной волны, которая распространяется по оставшемуся объёму смеси. Данный процесс аналогичен процессу инициированию детонации волной, проходящей по неоднородной области керосино-воздушной смеси. Формирование детонационной волны происходило на расстоянии 2-3 м от инициаторов.

Локальное развитие взрывного процесса за фронтом инициирующей волны в неоднородной смеси наблюдалось также в экспериментах по инициированию бензино-воздушной смеси зарядом ТНТ, расположенным на высоте до 1 м над землёй. Отражённая от грунта взрывная волна, достигнув области смеси, возмущённой первичной волной от заряда,

инициировала взрывной процесс. Наблюдалось резкое искривление фронта волны в её верхней части по прошествии некоторого времени от момента подрыва заряда (рис. 8). Интенсивно развивающаяся "шапка" существенно влияла не общую картину процесса, приводя к появлению двойной волны на осциллограммах датчиков давления. Развитие вторичного взрывного процесса происходило по всей вероятности в зоне между ведущим ударным фронтом инициирующей волны и фронтом химической реакции после отрыва затухающей инициирующей волны от фронта реакции. Подтверждением этого предположения является совпадение времени прихода отражённой от грунта ударной волны в зону наблюдаемого взрывного процесса с его началом.

Рис. 8. Влияние отражённой волны на развитие детонации.

Общая картина развития вторичной взрывной волны, приводящего к формированию детонационной волны, не имеет принципиальных отличий от процессов реинициирования при распространении пульсирующей детонации, инициирования разнесёнными зарядами, заключительной стадии прямого инициирования детонации взрывом заряда ВВ массой, близкой к критической. Во всех рассмотренных процессах при распаде комплекса ударная волна - фронт химической реакции образуется близкая к самовоспламенению область смеси с неоднородным распределением времени индукции химической реакции, в которой при определённых условиях возможно быстрое формирование взрывной волны, приводящее к реинициированию детонационного процесса. Таким образом, в диссертационной работе показано что процессы быстрого формирования детонационноподобных взрывных волн в неоднородных смесях, близких к самовоспламенению, могут иметь ключевое значение при инициировании и распространении детонации.

Можно предположить, что в основе рассмотренных явлений лежит общий физический механизм, впервые сформулированный Я. Б. Зельдовичем с сотрудниками (SWACER-механизм по терминологии J. Н. S. Lee) - механизм описывающий спонтанное развитие взрывных процессов в системах с неоднородным распределением задержки самовоспламенения.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы:

1. Экспериментально исследованы детонационные свойства двухфазной стехиометрической керосино-воздушной смеси: определена минимальная энергия инициирования - 20 мДж, определен минимальный поперечный размер детонационно-способного облака - 6.5-7.0 м.

2. Экспериментально исследованы детонационные свойства двухфазных бензино-воздушных смесей: определена минимальная энергия инициирования в зависимости от состава смеси и от степени насыщения смеси парами бензина, определен минимальный поперечный размер детонационноспособного облака - 2.5 - 3.0 м и для стехиометрической смеси - размер детонационной ячейки -40 - 50 мм. Показано, что для этой смеси известные соотношения между размером детонационной ячейки и энергией инициирования сферической детонации точечным источником не выполняются.

3. Определена зависимость суммарной минимальной энергии инициирования бензино-воздушной смеси двумя разнесёнными зарядами КВВ от расстояния между зарядами.

4. Показано, что минимальная энергия инициирования сильно зависит от типа инициатора, в случае инициирования газовым зарядом стехиометрической пропано-воздушной смеси минимальная энергия инициирования в 7 раз выше, чем при инициировании зарядом КВВ.

5. Получены закономерности распространения пульсирующей околопредельной детонации в керосиновой смеси в открытом объеме.

6. Экспериментально показано, что распространение ^ относительно слабой ударной волны по неоднородной смеси, близкой к самовоспламенению, способно инициировать локальный взрыв с формированием сильной взрывной волны и, в определённых условиях, детонацию в невозмущённой смеси. Показано, что такие локальные взрывы определяют динамику процессов при околокритическом инициировании и при пульсирующей детонации.

Основное содержание диссертации опубликовано ]

следующих работах:

1. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P., Chaivano^ В. В. Experimental study of detonation initiation in motoi fuels sprayed in air. Preprint IAE-4872/13. I. V. Kurchatoi Institute of Atomic Energy, Moscow, Atominform, 1989 Up.

2. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P., Chaivanoi В. B. Experimental study of large scale unconfined fuel spra; detonations. Preprint IAE-5227/13. I. V. Kurchatov Instituti of Atomic Energy, Moscow, 1990, 16 p.

3. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P., Chaivano1 В. B. Investigation on blast waves transformation t< detonation in two-phase unconfined clouds. Preprin IAE-5228/13. I. V. Kurchatov Institute of Atomic Energy Moscow, 1990, 17 p.

4. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P., Chaivano1 В. B. Experimental study of large scale unconfined fuel spra; detonations. In: Dynamic Aspects of Explosion Phenomena AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA Inc. 1993, Vol. 154, pp. 95-104

5. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P., Chaivano1 В. B. Investigation on blast waves transformation t< detonation in two-phase unconfined clouds. In: Dynami Aspects of Explosion Phenomena. AIAA Progress ii Astronautics and Aeronautics, AIAA Inc., 1993, Vol. 154 pp. 105-116

6. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P. Direct initiatioj of detonations in unconfined gasoline sprays. Proceedings о 14th International Colloquium on Dynamics of Explosions am Reactive Systems. 1-6 August, 1993, University of Coimbra Portugal, ed. by University of Coimbra, 1993, Vol. 2 pp. D2.ll.l-D2.ll.9

7. Alekseev V. I., Dorofeev S. В., Sidorov V. P. Direct initiatio: of detonations in unconfined gasoline sprays. Shock Waves 1996, Vol. 6, No 2, pp. 67-71