Исследование структуры детонационных волн в жидких взрывчатых веществах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи

4840864

МОЧАЛОВА Валентина Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН В ЖИДКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ

01.04.17 -Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 7 МАР 2011

Черноголовка 2011

4840864

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем химической физики РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Уткин Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Стесик Лев Николаевич

кандидат технических наук Андреев Сергей Григорьевич

Ведущая организация: Институт химической физики РАН,

г.Москва

Защита диссертации состоится « JV» 2011 г. в /#часов

на заседании диссертационного совета Д 002.082.01 при Институте Проблем Химической Физики РАН по адресу: 142432, Московская обл., г.Черноголовка, пр-т. Академика H.H. Семенова, д.1. ИПХФ РАН, корпус Уг, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПХФ РАН.

Автореферат разослан ««/i.»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

Общая характеристика работы

Актуальность: Исследования закономерностей энерговыделения в конденсированных взрывчатых веществах (ВВ) под действием ударных волн ведутся с целью выяснения механизмов инициирования и развития реакции взрывчатого превращения, поиска способов регулирования чувствительности ВВ к интенсивным импульсным воздействиям, а также получения информации, необходимой для прогнозирования ударно-волновых и детонационных процессов.

Благодаря развитию экспериментальных методов, обладающих высоким временным разрешением, стало возможным исследовать структуру зоны реакции непосредственно за ударным скачком, характер течения в которой определяется кинетикой разложения ВВ. Появилась, таким образом, уникальная возможность изучения химических процессов, протекающих при высоких давлениях и температурах в наносекундном интервале времён.

Наиболее информативными объектами исследования с точки зрения получения информации о кинетике детонационного превращения являются жидкие ВВ. Это гомогенные среды, химические реакции в которых протекают однородно во всем объеме, а не зависят от природы, концентрации, размеров и других, часто неконтролируемых параметров «горячих точек», определяющих скорость химических реакций в прессованных ВВ. Поэтому кинетические закономерности, полученные для жидких ВВ, являются исходным базисом для построения моделей детонационного превращения гетерогенных сред.

Следует отметить и другое важное обстоятельство, из-за которого исследование жидких ВВ представляется весьма актуальным. Во многих из них, особенно при приближении к критическим условиям, связанным, например, с уменьшением диаметра заряда, либо с увеличением концентрации инертного разбавителя, наблюдается потеря устойчивости

детонационного фронта. И если закономерности пульсирующей детонации достаточно подробно изучались [1], то сам процесс перехода течения от устойчивого к неустойчивому практически не исследован. Поскольку распределение параметров в зоне реакции, так же как и устойчивость детонационного фронта, определяется кинетикой, то регистрация закономерностей изменения структуры зоны реакции при добавлении инертного разбавителя дает важную информацию для выявления физических причин потери устойчивости течения.

Цель работы: Экспериментальное исследование структуры зоны реакции в тетранитрометане (ТНМ), нитрометане (НМ), бис(2-фтор-2,2-динитроэтил)формаль (ФИФО) и изучение влияния концентрации инертных разбавителей на устойчивость детонационных волн в смесях ТНМ/метанол, НМ/метанол, ФИФО/нитробензол.

Методы исследований: Метод исследований основан на непрерывной регистрации скорости на границе жидких ВВ с водяным окном с помощью лазерного интерферометра VISAR, обладающего наносекундным временным разрешением, и последующем анализе волновых профилей. Одновременно в каждом опыте измерялась скорость детонации установившегося детонационного режима.

Выбор объектов исследования: При выборе индивидуальных жидких ВВ, наряду с их доступностью, важно было исследовать ряд ВВ, позволяющий получить максимально широкий диапазон давлений и включающий в себя как устойчивые, так и неустойчивые детонационные режимы. Эта цель достигается при использовании ТНМ, НМ и ФИФО.

При приготовлении смесей ВВ с разбавителями необходимо учитывать следующие требования: компоненты исследуемых смесей должны быть химически устойчивы и достаточно инертны по отношению друг к другу, как можно менее чувствительными и токсичными, доступными в количестве, достаточном для проведения работ; желательно, чтобы приготовляемые

2

смеси детонировали в достаточно широкой области их концентраций. Метанол и нитробензол в смесях с ТНМ, ИМ и ФИФО удовлетворяют всем перечисленным требованиям.

Достоверность и обоснованность: Достоверность полученных в диссертации результатов и выводов обусловлена физической корректностью постановки задач, тщательным и всесторонним анализом детонационных явлений и применением наиболее информативного и достоверного экспериментального метода, основанного на непрерывной регистрации волновых профилей на границе исследуемых ВВ с окном. Достоверность подтверждается также сопоставлением полученных результатов с другими известными экспериментальными данными и расчетами.

На защиту выносятся положения:

1. Результаты определения детонационных параметров, характера течения в зоне реакции и устойчивости детонационных волн в ТНМ, ИМ и ФИФО.

2. Экспериментально обнаруженное влияние диаметра заряда на скорость детонации и течение в зоне реакции в ТНМ.

3. Исследование влияния метанола на амплитуду химпика в смеси ТНМ/метанол вблизи стехиометрии и неустойчивость детонационных волн при больших концентрациях разбавителя.

4. Результаты исследования развития неустойчивости в смеси НМ/метанол при увеличении концентрации инертного разбавителя и определение критической концентрации метанола.

5. Результаты исследования стабилизации детонационного фронта в смеси ФИФО/нитробензол при добавлении 10-20% разбавителя и определение критической концентрации нитробензола.

6. Методика регистрации газодинамических параметров, как в устойчивых, так и неустойчивых детонационных волнах, лазерным

допплеровским измерителем скорости VISAR при одновременном измерении скорости детонации.

Научная новизна: С применением лазерного интерферометра VISAR, обладающего наносекундным временным разрешением, исследована структура зоны реакции и определены детонационные параметры ТНМ, НМ, ФИФО и их смесей с инертными разбавителями. Показано, что во всех исследованных жидких ВВ скорость реакции максимальна непосредственно за ударным скачком, т.е. период индукции отсутствует.

Показано, что детонация ТНМ и НМ устойчива, тогда как в ФИФО зарегистрирован неустойчивый детонационный фронт. Впервые наблюдалось качественное изменение структуры детонационных волн в жидких ВВ при добавлении в них инертных разбавителей: подавление неустойчивости течения при разбавлении ФИФО нитробензолом и резкое уменьшение амплитуды химпика в смеси ТНМ/метанол, состав которой близок к стехиометрическому.

Практическая полезность: Полученные в работе экспериментальные значения давления и массовой скорости в химпике и точке Чепмена-Жуге, данные о характерном времени реакции и устойчивости детонационных волн в ТНМ, НМ и ФИФО, а также изученное влияние инертных разбавителей на характер течения в зоне реакции, являются основой для построения моделей, необходимых при расчетах детонационных и ударно-волновых явлений в реальных изделиях. Необходимо отметить, что результаты проведенных исследований, представляя самостоятельный научный интерес для химической физики, важны для решения вопросов безопасности производства, транспортировки и применения не только ВВ, но и, например, лекарственных препаратов и удобрений, производство которых часто осуществляется в жидкой фазе и является взрывоопасным.

Личный вклад автора: состоит в обсуждении актуальных задач детонации, планировании, подготовке и проведении экспериментов по

4

исследованию жидких ВВ методом лазерной интерферометрии; обработке полученных данных; анализе и интерпретации результатов, формулировке основных научных выводов и написании статей.

Апробация работы: Результаты работы докладывались на Международной конференции "Уравнения состояния вещества" (п. Эльбрус, 2006 г.), Международных конференциях «Ударные волны в конденсированных средах» (Санкт-Петербург, 2006 г. 2008 г., 2010 г.), Международной конференции «New models and hydrocodes for shock wave processes in condensed matter» (Португалия, 2008 г.), Международной конференции Американского физического общества «Shock Compression of Condensed Matter» (США, 2009 г.), Международных конференциях "Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны" (Саров, 2007 г., 2009 г.); Международной конференции «X Забабахинские научные чтения» (г.Снежинск, 2010 г.); 14-м Международном детонационном симпозиуме (США, 2010 г.), а также на научных семинарах и конкурсах научных работ в ИПХФ РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа объемом 108 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащего основные результаты работы, и списка литературы из 91 ссылки. В работе содержится 51 рисунок и 3 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, описаны объекты и метод исследования, сформулированы цели работы, новизна и практическая ценность полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе кратко приводятся основные сведения из теории детонации, необходимые для понимания постановки задачи и интерпретации полученных результатов. Рассмотрена классическая модель

Зельдовича-Неймана-Дёринга, в которой течение предполагается одномерным, и приведены теоретические и экспериментальные данные о влиянии конечного диаметра заряда на структуру детонационных волн. Отдельный параграф посвящен модели, учитывающей конечную ширину фронта ударной волны и возможность реакции ВВ непосредственно во фронте, что исключается моделью ЗНД. Показано, к появлению каких принципиальных особенностей в характере течения в зоне реакции это может привести. В заключение главы приведены результаты исследования неустойчивости детонационных волн и экспериментальные данные об изучении нестационарных детонационных режимов в жидких ВВ.

Во второй главе приводится обзор основных методов регистрации параметров и структуры детонационных волн. Рассмотрены дискретные методы измерения скорости детонации и метод электромагнитных датчиков измерения массовой скорости. Подробно описана работа лазерного допплеровского измерителя скорости свободной и контактной поверхностей VISAR, который применялся в данной работе для исследования структуры детонационных волн в жидких ВВ. С помощью этой методики массовая скорость определяется с погрешностью не хуже 10 м/с при временном разрешении 2-3 не. Приведена схема одновременной регистрации скорости детонации в опытах с интерферометром, использовавшаяся в работе.

Третья глава посвящена исследованию детонационных процессов в ТНМ и его смеси с метанолом. В опытах использовался ТНМ (C(N02)4) с плотностью р0=1.64 г/см3 и скоростью детонации D=6,4 км/с. В качестве разбавителя применялся метанол (СН3ОН) с плотностью 0,791 г/см3 (20 °С). Смеси ТНМ/метанол готовились непосредственно перед опытом.

Схема экспериментов показана на Рис.1. Заряд ВВ помещался в полиэтиленовую либо стальную оболочку (4) с внутренним диаметром от 20 мм до 50 мм. Длина заряда составляла от 90 до 180 мм. Инициирование детонации осуществлялось прессованным зарядом флегматизированного

с

t-т

Рис.1. Схема экспериментальной сборки.

гексогена (1), который отделялся от жидкого ВВ алюминиевым экраном толщиной 3 мм. При этом в исследуемое ВВ входила ударная волна

амплитудой около 15 ГПа и длительностью несколько микросекунд. Зондирующее излучение отражалось от алюминиевой фольги (3), расположенной между торцом заряда и водяным окном (2). При отработке методики толщина фольги изменялась от 7 до 400 мкм, но основная часть экспериментов проведена с 7 мкм Al фольгой. Постоянная интерферометра 305 м/с. Контактный датчик (5) являлся первой меткой времени для измерения скорости детонации. Второй меткой являлся сигнал интерферометра, регистрирующий выход детонационной волны на границу с окном.

Измеренные профили скорости для ТНМ приведены на Рис.2. Цифрами

указана толщина алюминиевой фольги в микронах. После ударного скачка наблюдается спад скорости на границе фольга-вода, длительность и амплитуда которого определяются параметрами химпика в ТНМ. Последующий подъем

Время, мкс „

скорости, отчетливо выраженный в опы-

Рис.2. Скорость границы фоль- тах с фольгой 100-400 мкм, обусловлен га - водяное окно для ТНМ.

приходом волны сжатия, переотраженной от границы ВВ - фольга. Применение толстой фольги заметно усложняет интерпретацию результатов. В частности, из-за высокого начального градиента наблюдается интенсивное затухание пика скорости при распространении по фольге. Поэтому для точного определения параметров химпика необходимо использование как можно более тонкой

7

фольги. Детонационный фронт в ТНМ устойчив, и профили скорости, приведенные на Рис.2, гладкие, без каких-либо осцилляций. Поэтому надёжная регистрация массовой скорости осуществляется при уменьшении толщины фольги до 7 мкм.

Анализ волновых взаимодействий в плоскости давление (Р) - массовая скорость (и) позволяет, исходя из измеренных профилей скорости, рассчитать параметры химпика: иыз = 2.86 ± 0.06 км/с, = 29.9 ± 0.6 ГПа. Сложнее определить параметры в точке Чепмена-Жуге, поскольку переход от стационарной зоны реакции к волне разгрузки происходит плавно, без каких-либо особенностей на профилях скорости. Принципиально данная проблема решается посредством проведения опытов с зарядами разного диаметра. Если диаметр значительно превышает критический, то течение в зоне реакции остается неизменным, тогда как градиент скорости в волне разгрузки меняется. При этом определяется положение звуковой поверхности, которая в данном случае и называется точкой Чепмена-Жуге.

3000 ' ..... ' ' '

о 2600 1

I >- 2400 3 4

а

о 2200 ...... ,4.-

о

2000

1800 ..............

10 20 30 40 50 50 70 ВО 80 100 Диаметр оболочки, мм

-0.1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 Время, мкс

Рис.3. Зависимость скорости детонации ТНМ от диаметра заряда. 1, 2, 3 - полиэтиленовая оболочка; 4 - стальная оболочка.

Рис.4. Скорость границы ТНМ -вода при различных диаметрах оболочки.

Оказалось, однако, что для тетранитрометана наблюдается отчетливо выраженная зависимость скорости детонации от диаметра заряда, что видно из Рис. 3. Точками обозначены данные, полученные при

использовании полиэтиленовых оболочек разного диаметра, а пунктирной линией - скорость детонации в стальной оболочке с внутренним диаметром 50 мм. Сплошная кривая - аппроксимация экспериментальных данных. Варьирование диаметра заряда приводит к изменению течения как в волне разгрузки, так и в зоне реакции. Результаты экспериментов, представленных на Рис.4, подтверждают этот вывод. Опытам, проведенным при одних и тех же условиях, соответствуют на Рис. 3 и 4 одинаковые цифровые обозначения. Профили скорости, полученные при различных диаметрах заряда, начинают расходиться сразу же за ударным скачком.

Поэтому для определения характерного времени реакции в работе предложен метод изменения длины заряда при фиксированном диаметре. На Рис. 5 приведены два профиля скорости в ТНМ при фиксированном диаметре оболочки и изменении длины заряда в два раза. Видно, что в начальный момент времени значения скорости совпадают, и заметное расхождение начинается в интервале 150 - 200 не. Это время и

принималось за точку Чепмена-Жуге. Скорость и давление в этой точке определялись в результате анализа течения в плоскости Р-u и равны 1.70 ± 0.03 км/с и 17.7 ± 0.3 ГПа, соответственно, что хорошо согласуется с известными литературными данными [1,2].

Из анализа полученных данных следует, что максимальная скорость реакции в тетранитрометане реализуется непосредственно за ударным скачком, где градиент массовой скорости максимален, т.е. период индукции не наблюдается. По измеренному профилю скорости можно оценить начальную скорость реакции за ударным скачком, которая превышает величину ~ 107 1/с. Вероятно, высокая начальная скорость разложения

9

Рис.5. Скорость границы ТНМ -вода при различной длине заряда, указанной на рисунке.

обеспечивает существование в ТИМ стационарного детонационного фронта.

В смесевых ВВ ТНМ/М тетранитрометан рассматривается как окислитель, а метанол - горючее. Детонационные свойства этой смеси немонотонно меняются с увеличением концентрации метанола. На Рис. 6 приведена расчетная зависимость Э от массовой концентрации метанола (сплошная линия), построенная по схеме [3]. Светлыми точками обозначены экспериментальные значения, полученные в данной работе, треугольниками - данные [4], полученные электромагнитным методом. Аналогичным образом изменяется и чувствительность смесевых жидких ВВ к внешним воздействиям [5]. Можно поэтому ожидать, что в составах, близких к раствору ТНМ/М 75.4/24.6 с нулевым кислородным балансом, увеличится скорость реакции за ударным скачком и, соответственно, уменьшится время реакции в химпике. Однако эксперименты, проведенные с растворами ТНМ/М при концентрации метанола 10%, 30% и 35 %, не подтвердили этого

Измеренные профили скорости показаны на Рис. 7. Результаты для смеси ТНМ/метанол и чистого ТНМ качественно различны. Наиболее ярко это проявляется в амплитуде химпика, которая в растворе почти вдвое меньше, чем в чистом ТНМ. Это приводит, в частности, к тому, что градиент скорости в зоне реакции близок к величине в волне разгрузки.

Резкое снижение градиента массовой скорости за фронтом ударной волны нельзя объяснить уменьшением начальной скорости реакции, поскольку это должно было бы привести к потере устойчивости детонации, тогда как надежная регистрация достаточно гладких профилей скорости

10

Рис.6. Зависимость скорости детонации в смеси ТНМ/М от концентрации метанола.

свидетельствует о его устойчивости. Кроме того, характерные значения параметров в точке Чепмена-Жуге для ТНМ и смеси ТНМ/метанол в исследованном интервале концентраций близки и нет оснований предполагать, что скорость реакции может резко уменьшиться из-за изменения термодинамических условий.

Время, мкс

Рис.7. Сравнение профилей скорости ТНМ и смеси ТНМ/М. Цифрами указана концентрация метанола.

8ремя, мхе

Рис.8. Профили скорости в ТНМ/М 50/50 на границе с водяным окном.

Вероятно, снижение амплитуды химпика обусловлено не уменьшением, а скорее, увеличением начальной скорости реакции, в результате чего ВВ начинает реагировать непосредственно во фронте ударной волны. Косвенным подтверждением этого является размытие ударного скачка вблизи максимума скорости почти на десять наносекунд, что не наблюдается в чистом ТНМ. Предположение о реакции во фронте в гомогенных ВВ позволяет объяснить резкое снижение амплитуды химпика и скорости реакции за ударным скачком.

Дальнейшее повышение концентрации метанола приводит к потере устойчивости детонационного фронта, о чем свидетельствуют результаты опытов с раствором ТНМ/метанол 50/50, представленные на Рис.8. При этом наблюдается хорошая воспроизводимость результатов, что видно из Рис.8, где сплошной и пунктирной линиями приведены профили для двух экспериментов, выполненных в одинаковой постановке. Показана, таким

образом, возможность применения интерферометра для регистрации неустойчивых детонационных режимов.

В четвертой главе представлены результаты исследования НМ и его смесей с метанолом. Считается, что детонационный фронт в нитрометане неустойчив. Однако убедительно доказан пульсирующий характер детонации в смесях НМ с инертными растворителями [1]. Неустойчивость чистого нитрометана явно не наблюдалась. Лишь на основании интерпретации опытов по регистрации отражения света от детонационного фронта сделан вывод о его неустойчивости [1]. Поэтому необходимы независимые методы исследования, способные дать дополнительную информацию о структуре детонационной волны в НМ. С этой целью было проведено экспериментальное исследование структуры детонационных волн в нитрометане и его смесях с метанолом.

В опытах использовался нитрометан (СН3Ы02) с плотностью р0=1.14 г/см3 и скоростью детонации 6.3 км/с. В качестве разбавителя для НМ использовался метанол. Схема экспериментов такая же, как и в опытах с тетранитрометаном (Рис. 1).

Результаты экспериментов с НМ при использовании 7 микронной фольги приведены на Рис. 9. После ударного скачка регистрируется резкий спад скорости, обусловленный наличием химпика в НМ, плавно переходящий в волну разгрузки. Профили скорости являются гладкими, без каких-либо осцилляции. Это означает, что детонационный фронт в НМ либо устойчив, либо амплитуда возмущений намного меньше толщины фольги, т.е. не превышает микрона.

Из анализа течения в плоскости Р - и были найдены значения скорости и давления в химпике, равные и = 2.60 ± 0.1 км/с, РЫ5 = 18.5 ± 1.0 ГПа, соответственно. Отметим, что полученное значение и 5 практически совпадает с расчетом по обобщённой ударной адиабате органических жидкостей.

Как и в случае с ТНМ, в НМ на профиле наблюдается отчётливо выраженный пик скорости, плавно переходящий в волну разгрузки. Однозначно выделить точку Чепмена-Жуге не представляется возможным. Эта же проблема отмечается и в других работах, посвященных исследованию нитрометана.

Рис. 9. Скорость границы НМ - Рис. 10. Скорость границы НМ -вода. Сплошная кривая - стальная вода при различных условиях оболочка (диаметр 50 мм), пунк- инициирования заряда, тирная - полиэтиленовая(36 мм).

Проведенные эксперименты показали, что в отличие от тетранитромета-на, в нитрометане отсутствует зависимость скорости детонации от диаметра используемой оболочки. Можно было бы поэтому ожидать, что в опытах с зарядами различного диаметра будут фиксироваться профили скорости, совпадающие в зоне реакции и расходящиеся в волне разгрузки. Однако, экспериментальные исследования показали, что при существенном различии диаметров и материалов используемых оболочек профили скорости практически совпадают (Рис. 9). Вероятно, это обусловлено малой динамической жесткостью нитрометана. В результате, любая оболочка, и стальная, и полиэтиленовая, является для него жесткой. И радиальный разлет продуктов взрыва не приводит к заметному снижению скорости в волне разгрузки в исследуемом интервале времён.

Поэтому точка Чепмена-Жуге в нитрометане была найдена посредством изменения граничных условий, которые влияют на торцевой разлет. В

отличие от ТНМ в данном случае фиксировался не только диаметр, но и длина оболочки, а условия инициирования детонации изменялись. Результаты опытов приведены на Рис.10, где показаны профили скорости при использовании различных ВВ (тротил либо флегматизированный гексоген) для инициирования НМ в полиэтиленовой оболочке с внутренним диаметром 36 мм и длиной 150 мм. В результате заметное расхождение профилей начиналось примерно через 50 не. Совпадение скорости при меньшем времени свидетельствует об установлении стационарного детонационного режима. Полученное из этих экспериментов время реакции находится в интервале 50 - 100 не. Были определены детонационные параметры НМ: массовая скорость равна 1.80±0.05 км/с, давление -13.010.4 ГПа.

Полученные профили скорости для НМ качественно очень похожи на профили скорости для ТНМ. В частности, максимальная скорость реакции также реализуется непосредственно за ударным скачком, т.е. период индукции не наблюдается. По измеренному профилю скорости в зоне реакции можно получить оценку начальной скорости реакции за ударным скачком. Она превышает 1071/с. Эти факты (отсутствие периода индукции и высокая начальная скорость разложения) свидетельствуют в пользу того, что детонационный фронт в НМ устойчив.

Приготовление смесей НМ/М осуществлялось аналогично ТНМ/М. Добавление метанола монотонно снижает детонационные параметры смеси. Появление отчетливо выраженной неустойчивости течения обнаружено при добавлении в НМ более 5% метанола, а резкий рост амплитуды осцилляций зафиксирован при концентрации метанола более 20% (Рис.11). В этом случае получить воспроизводимые результаты удается лишь при использовании толстой (200-400 мкм) алюминиевой фольги. Как видно из результатов экспериментов, приведенных на Рис. 11, профили скорости при этом сглаживаются. Это означает, что размер неоднородностей меньше толщины фольги, т.е. порядка 100 мкм. При этом

14

их поперечный размер около 1 мм, что сопоставимо с шириной зоны химической реакции. Столь крупные неоднородности должны фиксироваться скоростными фоторегистраторами, что и наблюдалось в работе [6].

Для смеси нитрометан/метанол была найдена критическая концентрация метанола, при превышении которой детонация становится невозможна. Она равна 35%.

32%

\

1 \ W- i аЛ. л

- \ \ ( \

' ' \ 1 Уъ/ 1 35%

Время, мкс

Рис. 11. Профили скорости для смеси НМ/М при 32% и 35% метанола.

Рис.12. Зависимость скорости детонации смеси НМ/М от концентрации метанола.

В каждом опыте измерялась скорость детонации смеси, зависимость которой от концентрации метанола приведена на Рис. 12. Черными точками показаны данные, полученные из наших экспериментов, сплошной линией -их аппроксимация, пунктирной - результат расчета по схеме [3]. Полученная зависимость скорости детонации смеси от концентрации метанола хорошо согласуется с известными экспериментальными данными [6]. Расчетная зависимость лежит заведомо выше этих данных.

В пятой главе представлены результаты исследования ФИФО и его смесей с нитробензолом.

Интерес к исследованию ФИФО ([РССШгЬСНгОЬСНг) обусловлен несколькими причинами: это одно из наиболее мощных, малоизученных жидких взрывчатых веществ; также исследование ФИФО дает возможность

проверить, насколько адекватно применение модели теплового взрыва для описания детонационных явлений в жидких ВВ. Оценки показали, что кинетика ФИФО еще в большей степени, чем нитрометана, соответствует вырожденному тепловому взрыву. Поэтому если детонационный фронт устойчив в нитрометане, то он тем более должен быть устойчив в ФИФО. Проверка этого предположения являлась одной из задач работы.

В опытах использовалось ФИФО с плотностью 1.60 г/см3 и скоростью детонации 7,5 км/с, в качестве разбавителя - нитробензол (С6Н5М02) (НБ) с плотностью р0= 1,203 г/см3. Опыты были проведены с использованием тонкой алюминиевой фольги толщиной 7 мкм. Измеренные профили скорости, приведенные на Рис.13, оказались сильно осциллирующими как в зоне химической реакции, так и в волне разгрузки, с характерной амплитудой колебаний около 50 м/с. Это означает, что детонационный фронт, вопреки ожиданиям, неустойчив, и размер неоднородностей сопоставим с толщиной фольги, то есть порядка 10 мкм.

3000

2ВОО ■ ' IV ^тЛйл..

2600 '' ч

2400

0.0 0,2 0.4 0,8 0.8 1,0

Время, МКС

Рис. 13. Профили скорости на границе ФИФО - водяное окно.

Рис.14. Скорость границы ФИФО - вода. 1 - стальная, 2 - полиэтиленовая оболочки.

Несмотря на отчетливо выраженные осцилляции, качественный вид усредненного профиля скорости для ФИФО соответствует классической модели детонации: после ударного скачка наблюдается спад скорости с формированием химпика в зоне реакции. Причем скорость реакции

16

максимальна непосредственно за ударным скачком, и период индукции не наблюдается. Полученные результаты (максимальная начальная скорость реакции и неустойчивость детонационного фронта) необъяснимы в рамках представлений модели теплового взрыва.

Для ФИФО были найдены значения скорости и давления в химпике, равные uNS = 2,5+0,1 км/с, PNS = 30,0±1,0 ГПа. Положение точки Чепмена-Жуге, как и в вышеприведенных жидких ВВ, определить непосредственно из результатов измерений достаточно сложно, поскольку переход от зоны реакции к волне разгрузки является плавным (Рис.13). В ФИФО, в отличие от ТНМ и НМ, задача определения точки Чепмена-Жуге решается применением оболочек различного диаметра. Результаты таких опытов приведены на Рис.14. Зависимость (1) соответствует случаю со стальной оболочкой (внутренний диаметр 50 мм), зависимость (2) - полиэтиленовой (внутренний диаметр 36 мм).

При значении времени, превышающем 300 не, профили начинают заметно расходиться. Наличие осцилляций не позволяет точно определить точку начала расхождения профилей, но, очевидно, характерное время реакции составляет примерно 300±50 не. Значения в точке Чепмена-Жуге равны Р = 23.9±0.5 ГПа и и = 1.98+0.05 км/с.

Смеси ФИФО/НБ готовились непосредственно перед опытом. Согласно проведенным расчетам добавление НБ монотонно снижает детонационные параметры смеси ФИФО/НБ (Рис. 15). Следовало бы ожидать, что это приведет к еще большему развитию неустойчивости детонационного

Рис.15. Зависимость скорости детонации смеси ФИФО/НБ от концентрации нитробензола.

фронта. Вместо этого при малых концентрациях НБ (10-20%) наблюдается его стабилизация, что проявляется в исчезновении осцилляций на профилях скорости, зарегистрированных при использовании 7 микронной фольги (Рис. 16). Одновременно резко, примерно вдвое по сравнению с чистым ФИФО, увеличивается амплитуда химпика по отношению к точке Чепмена-Жуге. Возрастает также градиент скорости в зоне реакции, что вероятно и стабилизирует детонационный фронт. Значение скорости в химпике при концентрации НБ 10% (инВ = 2,7 км/с) превышает значение скорости в чистом ФИФО {инз = 2,5 км/с). Из расчета параметров химпика в чистом ФИФО по обобщённой ударной адиабате также следует, что экспериментальные значения занижены более чем на 0,5 км/с.

Рис. 16. Профили скорости Рис. 17. Профили скорости

ФИФО/НБ на границе с водой (в ФИФО/НБ при использовании 200 и

опытах с 7 мкм фольгой). Цифрами 400 мкм фольги, указана концентрация НБ.

Стабилизация детонационного фронта при малых добавках НБ, а также различие между экспериментальными и расчетными данными параметров химпика для чистого ФИФО могут быть обусловлены частичной реакцией ВВ непосредственно во фронте ударной волны. Причем, в чистом ФИФО из-за высокой начальной скорости реакции доля разложения достаточно высока. При добавлении НБ начальная скорость реакции (а, следовательно, и количество прореагировавшего во фронте ВВ) уменьшается. И быстрая

0,2 0.4 0.«

Время, мкс

1.0

-0,1 0,0 0,1 0,2 0.3 0.4 0.5

Время, мкс

стадия реакции перемещается в химпик, что приводит к относительному повышению его параметров. Поскольку, кроме того, разбавление ФИФО нитробензолом снижает давление в точке Чепмена-Жуге, то совокупность этих процессов приводит к увеличению амплитуды химпика относительно точки Чепмена-Жуге. Предположение о реакции во фронте в гомогенных ВВ обосновывается в работе [7] и позволяет объяснить резкое увеличение амплитуды химпика и скорости реакции за фронтом при разбавлении ФИФО нитробензолом.

При увеличении концентрации НБ до 30% и выше вновь появляются высокочастотные осцилляции на профилях скорости. Получить воспроизводимые результаты удается лишь при использовании 200-400 мкм фольги (Рис. 17). На зависимостях, полученных с 200 микронной фольгой (сплошная и штриховая линия), осцилляции скорости выражены отчетливо, то есть характерный размер неоднородностей порядка 100 мкм. Увеличение толщины фольги в два раза (пунктирная линия) дает гладкий профиль. На усредненных профилях скорости отчетливо регистрируется химпик (Рис. 17). Это означает, что размер неоднородностей мал по сравнению с шириной зоны химической реакции. Для смеси ФИФО/НБ была найдена критическая концентрация нитробензола, равная 45%.

В каждом опыте измерялась скорость детонации смеси, зависимость которой от концентрации НБ приведена на Рис. 15. Черные точки - данные, полученные в работе, пунктирная линия - их аппроксимация, сплошная линия - расчет по схеме [3]. Полученная зависимость скорости детонации смеси от концентрации НБ хорошо согласуется с расчетной.

Основные результаты и выводы работы:

1. Исследована структура детонационного фронта жидких взрывчатых веществ - нитрометана, тетранитрометана и бис(2-фтор-2,2-динитроэтил)формаль (ФИФО) и их смесей с инертными разбавителями -метанолом и нитробензолом.

2. Впервые, с использованием интерферометрической методики с наносекундным разрешением, определена структура детонационных волн с размером неоднородностей от нескольких десятков до нескольких микрон. Показано, что неустойчивость течения вещества в детонационной волне охватывает всю зону химической реакции и сохраняется в волне разгрузки.

3. Отработана методика определения положения плоскости Чепмена-Жуге в детонационной волне. Определены амплитуда химпика, время реакции и параметры Чепмена-Жуге. Установлено, что во всех рассмотренных ВВ скорость реакции максимальна непосредственно за ударным скачком, т.е. период индукции отсутствует.

4. Показано, что разбавление исследованных жидких ВВ инертными растворителями существенно и неоднозначно влияет на структуру детонационной волны:

В смесях с нитрометаном увеличение концентрации метанола приводит к монотонному возрастанию неустойчивости детонационного фронта.

В смесях с тетранитрометаном детонационный фронт остается устойчивым при добавлении метанола до 35% и лишь при дальнейшем увеличении концентрации разбавителя детонация становится неустойчивой.

В смесях ФИФО при добавлении нитробензола до 10% первоначально неустойчивый фронт становится устойчивым вплоть до содержания нитробензола 20%. При большей концентрации нитробензола детонационная волна опять становится неустойчивой.

5. Полученные результаты позволяют предположить, что введение разбавителей влияет на кинетику химических реакций в детонационной волне, а, следовательно, и на возможное превращение вещества непосредственно в ударном скачке.

Основные результаты диссертации, опубликованные в центральных научных Российских и Международных журналах и сборниках

трудов:

1. Мочалова В. М., Уткин А. В., Ананьин А. В. Влияние дисперсности на структуру детонационной волны в прессованном TNETB // Физика горения и взрыва. -2007. - № 5, т. 43. - С.90-95.

2. Мочалова В. М., Уткин А. В., Ананьин А. В. Структура детонационных волн в прессованном 2',2',2' - тринитроетил - 4,4,4, - тринитробутирате //Химическая физика. -2007. - № 12, т. 26. - С.8-12.

3. Мочалова В.М., Уткин A.B., Гаранин В.А., Торунов С.И. Исследование структуры детонационных волн в тетранитрометане и его смесях с метанолом // Физика горения и взрыва. - 2009. - № 3, т. 45. - С.95-100.

4. Торунов С. И., Уткин А. В., Мочалова В. М., Гаранин В. А. Параметры стационарных детонационных волн в растворе ФИФО/Нитробензол // Физика горения и взрыва. -2010. - № 5, т. 46. - С. 119123.

5. Mochalova V. М.; Utkin А. V., Garanin V. A. Investigation of Detonation Wave in Tetranitromethane, Nitromethane, and Their Solutions with Methanol // Journal of Energetic Materials. - 2010. - Vol. 28, Issue S1. - P.231-240.

6. Уткин A.B., Мочалова B.M., Гаранин B.A. Исследование структуры детонационных волн в жидких ВВ на основе тетранирометана // «Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны». Труды Международной конференции IX Харитоновские Тематические Научные Чтения, 2007г. Под ред. А.Л.Михайлова. - Саров, 2007. - С.88-92.

7. Уткин A.B., Мочалова В.М., Гаранин В.А. Структура зоны реакции в стационарной детонационной волне в тетранитрометане // Забабахинские научные чтения: сборник материалов IX Международной конференции. Тезисы. - Снежинск, 2007. - С.66-67.

8. Уткин A.B., Мочалова В.M., Гаранин В.А. Исследование структуры детонационных волн в тетранитрометане, нитрометане и их смесях с метанолом II Сборник «Физика экстремальных состояний вещества - 2008» Под ред. Фортова В.Е. и др. - Черноголовка, 2008. - С. 134-136.

9. Utkin A.V., Mochalova V.M., Garanin V.A. "Structure of the reaction zone in a steady-state detonation wave in the tetranitrometane" II 7-th International Conference "New Models and Hydrocodes for Shock Wave Processes in Condensed Matter". - Lisbon - Monte Estoril, Portugal, 2008. -P.152.

10. Уткин A.B., Мочалова В.M., Гаранин B.A., Торунов С.И. Исследование структуры детонационных волн в жидких ВВ на основе тетранитроме-тана II Конференция «Ударные волны в конденсированных средах». -Санкт-Петербург, 23-26 ноября 2008 г. - С.28-32.

11. Уткин A.B., Мочалова В.М., Гаранин В.А., Торунов С.И. Параметры стационарных детонационных волн в растворе ФИФО/нитробензол II Труды Международной конференции XI Харитоновские тематическиенауч-ные чтения. Под ред. А.Л.Михайлова. - Сэров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. - С.37-42.

12. Mochalova V., Utkin A., Garanin V., Torunov S. Detonation wave parameters for FEFO/nitrobenzene solution II 16-th APS Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter. - 2009. - Bulletin of the American Physical Society, Vol.54, No.8. - P.44.

13. Мочалова В.M., Торунов С.И., Уткин A.B., Гаранин В.А.. Экспериментальное определение параметров в точке Чепмена-Жуге для жидких ВВ // Забабахинские научные чтения: сборник материалов X Международной конференции 15-19 марта 2010. - Снежинск, 2010. - С.69-70.

14. Mochalova V.M., Torunov S.I., Utkin A.V., Garanin V.A.. Detonation Wave Parameters in Nitromethane/Methanol and FEFO/Nitrobenzene // 14-th International Detonation Symposium. - Coeur d'Alene, Idaho, USA, 2010.

22

15. Уткин А. В., Мочалова В. М., Торунов С. И., Гаранин В. А. Влияние диаметра заряда на детонационные параметры в жидких ВВ // Shock waves in condensed matter. - Saint-Petersburg - Novgorod, Russia, 2010. - C.71-75.

Список литературы:

1. Дремин A.H., Савров С.Д., Трофимов B.C., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах. - М.: Наука, 1970. - 154 с.

2. Михайлов А.Л., Федоров A.B., Меньших A.B., Назаров Д.В., Финюшин С.А., Давыдов В.А., Говорунова Т.А. Исследование структуры детонационной волны в твёрдом и жидком тетранитрометане II Международная конференция VII Харитоновские научные чтения. Саров. Сб. тезисов докладов. - 2005. - С.44-45.

3. Махов М.Н., Пепекин В.И., Лебедев Ю.А. Метод расчета параметров детонации взрывчатых веществ // Пятый Всесоюзный Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка. - 1977. -С.88.

4. Ananin A.V., Koldunov S.A., Garanin V.A., Sosikov V.A., Torunov S.I. Determination of detonation parameters in TNM/M mixtures by electromagnetic method H 14-th International Detonation Symposium. Coeur d'Alene, Idaho, USA. -2010.

5. Зотов E.B. Электроискровое инициирование жидких взрывчатых веществ. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2004. -295 с.

6. Колдунов С.А., Ананьин A.B., Гаранин В.А., Сосиков В.А., Торунов С.И. Детонационные характеристики разбавленных жидких взрывчатых веществ: смеси нитрометана с метанолом // Физика горения и взрыва. -2010.-Т.46, №1. - С.73-79.

7. Вильяме Ф.М. Теория горения. - М.: Наука, 1971. - 307с.

Для заметок

Заказ № 125/02/11 Подписано в печать 18.02.2011 Тираж 100 экз. Усл. пл. 1 ,2

^ ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.ru; e-mail.info@cjr.ru

Введение

Глава 1. Модели детонации

1.1. Гидродинамическая теория детонации

1.2. Модель Зельдовича-Неймана-Дёрига

1.3. Детонационная волна с учетом реакции во фронте ударной волны 19 1 Л. Критический диаметр детонации

1.5. Неустойчивость детонационных волн

1.6. Детонация в жидких ВВ 29 Выводы по Главе

Глава 2. Экспериментальные методы исследования детонационных процессов

2.1. Дискретные методы измерения

2.2. Емкостные датчики скорости

2.3. Магнитоэлектрический метод

2.4. Лазерные допплеровские измерители скорости 41 Выводы по Главе

Глава 3. Результаты экспериментов для тетранитрометана и его смеси с метанолом.

3.1. Отработка методики регистрации структуры детонационных волн в тетранитрометане

3.2. Определение детонационных параметров тетранитрометана

3.3. Определение детонационных параметров смеси тетранитрометан/метанол

Выводы по Главе

Глава 4. Структура детонационных волн в нитрометане и его смеси с метанолом

4.1. Исследование структуры детонационных волн в нитрометане

4.2. Определение детонационных параметров смеси нитрометан/ метанол

Выводы по Главе

Глава 5. Экспериментальное исследование детонации ФИФО и его смеси с нитробензолом

5.1. Структура детонационной волны в ФИФО

5.2. Детонационные волны в смеси ФИФО/нитробензол при концентрации разбавителя, не превышающей 20%

5.3. Детонационные волны в смеси ФИФО/нитробензол при концентрациях разбавителя более 20% 92 Выводы по Главе 5 96 Основные результаты и выводы 98 Литература

Актуальность:

Исследования закономерностей энерговыделения в конденсированных взрывчатых веществах (ВВ) под действием ударных волн ведутся с целью выяснения механизмов инициирования и развития реакции взрывчатого превращения, поиска способов регулирования чувствительности ВВ к интенсивным импульсным воздействиям, а также получения информации, необходимой для прогнозирования ударно-волновых и детонационных процессов. Благодаря развитию экспериментальных методов, обладающих высоким временным разрешением, стало возможным исследовать структуру зоны реакции непосредственно за ударным скачком, характер течения в которой определяется кинетикой разложения ВВ. Появилась, таким образом, уникальная возможность изучения химических процессов, протекающих при высоких давлениях и температурах в наносекундном интервале времён.

Наиболее информативными объектами исследования, с точки зрения получения информации о кинетике детонационного превращения, являются жидкие взрывчатые вещества. Это гомогенные среды, химические реакции в которых протекают однородно во всем объеме, а не зависят от природы, концентрации, размеров и других, часто неконтролируемых параметров «горячих точек», определяющих скорость химических реакций в прессованных ВВ. Поэтому кинетические закономерности, полученные для жидких ВВ, являются исходным базисом для построения моделей детонационного превращения гетерогенных сред.

Следует отметить и другое важное обстоятельство, из-за которого исследование жидких ВВ представляется весьма актуальным. Во многих из них, особенно при приближении к критическим условиям, связанным, например, с уменьшением диаметра заряда, либо с увеличением концентрации инертного разбавителя, наблюдается потеря устойчивости детонационного фронта. И если закономерности пульсирующей детонации достаточно подробно изучались (например, в работе [1]), то сам процесс перехода течения от устойчивого к неустойчивому практически не исследован. Поскольку распределение параметров в зоне реакции, так же как и устойчивость детонационного фронта, определяется кинетикой, то регистрация закономерностей изменения структуры зоны реакции при добавлении инертного разбавителя дает важную информацию для выявления физических причин потери устойчивости течения.

Цель работы:

Целью работы является экспериментальное исследование структуры зоны реакции в тетранитрометане (ТНМ), нитрометане (НМ), бис(2-фтор-2,2-динитроэтил)формаль (ФИФО) и изучение влияния концентрации инертных разбавителей на устойчивость детонационных волн в смесях ТНМ/метанол, НМ/метанол, ФИФО/нитробензол.

Выбор объектов исследования:

При выборе индивидуальных жидких ВВ, наряду с их доступностью, важно было исследовать ряд ВВ, позволяющий получить максимально широкий диапазон давлений и включающий в себя как устойчивые, так и неустойчивые детонационные режимы. Эта цель достигается при использовании ТНМ, НМ и ФИФО: НМ имеет низкое давление детонации (порядка 10 ГПа) и неустойчивый детонационный фронт, в ТНМ давление Чепмена-Жуге примерно в полтора раза выше и детонационный фронт устойчив, а в ФИФО давление около 25 ГПа, и структура детонационной волны ранее не исследовалась.

При приготовлении смесей ВВ с разбавителями существенным является учет следующих требований:

• необходимо, чтобы компоненты исследуемых смесей (жидкие ВВ и невзрывчатые разбавители) были химически устойчивы и достаточно инертны по отношению друг к другу;

• они должны быть как можно менее чувствительными и токсичными (для безопасной работы с ними);

• должны быть технологически доступными в количестве, достаточном для проведения работ;

• желательно, чтобы приготовляемые смеси детонировали в достаточно широкой области их концентраций.

Метанол и нитробензол в смесях с ТНМ, НМ и ФИФО удовлетворяют всем перечисленным требованиям.

Научная новизна:

С применением лазерного интерферометра VISAR, обладающего наносекундным временным разрешением, исследована структура зоны реакции и определены детонационные параметры ТНМ, НМ, ФИФО и их смесей с инертными разбавителями. Показано, что во всех исследованных жидких ВВ скорость реакции максимальна непосредственно за ударным скачком, т.е. период индукции отсутствует.

Показано, что детонация ТНМ и НМ устойчива, тогда как в ФИФО зарегистрирован неустойчивый детонационный фронт. Впервые наблюдалось качественное изменение структуры детонационных волн в жидких ВВ при добавлении в них инертных разбавителей: подавление неустойчивости течения при разбавлении ФИФО нитробензолом и резкое уменьшение амплитуды химпика в смеси ТНМ/метанол, состав которой близок к стехиометрическому.

Практическая ценность:

Полученные в работе экспериментальные значения давления и массовой скорости в химпике и точке Чепмена-Жуге, данные о характерном времени реакции и устойчивости детонационных волн в ТНМ, НМ и ФИФО, а также изученное влияние инертных разбавителей на характер течения в зоне реакции, являются основой для построения моделей, необходимых при расчетах детонационных и ударно-волновых явлений в реальных изделиях. Необходимо отметить, что результаты проведенных исследований, представляя самостоятельный научный интерес для химической физики, важны для решения вопросов безопасности производства, транспортировки и применения не только ВВ, но и, например, лекарственных препаратов и удобрений, производство которых часто осуществляется в жидкой фазе и является взрывоопасным.

Метод исследований:

Метод исследований основан на непрерывной регистрации скорости на границе жидких ВВ с водяным окном с помощью лазерного интерферометра VISAR, обладающего наносекундным временным разрешением, и последующем анализе волновых профилей. Одновременно в каждом опыте измерялась скорость детонации установившегося детонационного режима.

Основные положения выносимые на защиту;

1. Результаты определения детонационных параметров, характера течения в зоне реакции и устойчивости детонационных волн в ТНМ, НМ и ФИФО.

2. Экспериментально обнаруженное сильное влияние диаметра заряда на скорость детонации и течение в зоне реакции в ТНМ.

3. Исследование влияния метанола на амплитуду химпика в смеси ТНМ/метанол в окрестности стехиометрии и неустойчивость детонационных волн при больших концентрациях разбавителя.

4. • Результаты исследования развития неустойчивости в смеси НМ/метанол при увеличении концентрации инертного разбавителя и определение критической концентрации метанола.

5. Результаты исследования стабилизации детонационного фронта в смеси ФИФО/нитробензол при добавлении 10-20% разбавителя и определение критической концентрации нитробензола.

6. Методика регистрации газодинамических параметров, как в устойчивых, так и неустойчивых детонационных волнах, лазерным допплеровским измерителем скорости VISAR при одновременном измерении скорости детонации.

Результаты диссертации опубликованы в 5 статьях в научных журналах и в 10 статьях в сборниках докладов российских и зарубежных конференций. Результаты работы докладывались на Международной конференции "Уравнения состояния вещества" (п. Эльбрус, 2006 г.), Международных конференциях «Ударные волны в конденсированных средах» (Санкт-Петербург, 2006 г. 2008 г., 2010 г.), Международной конференции «New models and hydrocodes for shock wave processes in condensed matter» (Португалия, 2008 г.), Международной конференции Американского физического общества «Shock Compression of Condensed Matter» (США, 2009 г.), Международных конференциях "Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны" (Саров, 2007 г., 2009 г.); Международной конференции «X Забабахинские научные чтения» (г.Снежинск, 2010 г.); 14-м Международном детонационном симпозиуме (США, 2010 г.), а также на научных семинарах и конкурсах научных работ в ИПХФ РАН.

Структура работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, где сформулированы основные результаты и выводы, и списка цитируемой литературы, состоящего из 91 ссылки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследована структура детонационного фронта жидких взрывчатых веществ — нитрометана, тетранитрометана и бис(2-фтор-2,2-динитроэтил)формаль (ФИФО) и их смесей с инертными разбавителями — метанолом и нитробензолом.

2. Впервые, с использованием интерферометрической методики с наносекундным разрешением, определена структура детонационных волн с размером неоднородностей от нескольких десятков до нескольких микрон. Показано, что неустойчивость течения вещества в детонационной волне охватывает всю зону химической реакции и сохраняется в волне разгрузки.

3. Отработана методика определения положения плоскости Чепмена-Жуге в детонационной волне. Определены амплитуда химпика, время реакции и параметры Чепмена-Жуге. Установлено, что во всех рассмотренных ВВ скорость реакции максимальна непосредственно за ударным скачком, т.е. период индукции отсутствует.

4. Показано, что разбавление исследованных жидких ВВ инертными растворителями существенно и неоднозначно влияет на структуру детонационной волны:

В смесях с нитрометаном увеличение концентрации метанола приводит к монотонному возрастанию неустойчивости детонационного фронта.

В смесях с тетранитрометаном детонационный фронт остается устойчивым при добавлении метанола до 35% и лишь при дальнейшем увеличении концентрации разбавителя детонация становится неустойчивой.

В смесях ФИФО при добавлении нитробензола до 10% первоначально неустойчивый фронт становится устойчивым вплоть до содержания нитробензола 20%. При большей концентрации нитробензола детонационная волна опять становится неустойчивой.

5. Полученные результаты позволяют предположить, что введение разбавителей влияет на кинетику химических реакций в детонационной волне, а, следовательно, и на возможное превращение вещества непосредственно в ударном скачке.

1. Mallard E., and Le Chatelier H.L. Recherches experimentales et théoriques sur la combustion des"mélanges gazeux exlosifs-memoire i, temperature d'inflammation des melanges gazeux // Ann. des Mines. - 1883. - T.4, N 8. -P.274-295.

2. Berthelot M., and Vieille P. L'oude explosive // Ann. de Chem. et de Phys. 1883. - T.28, N 5. - P.283-332.

3. Михельсон В. A. О нормальной скорости воспламенения взрывчатых газовых смесей // Научные труды Императорского Московского университета по математике и физике. 1893. - Т. 10. - С. 1-93.

4. Chapman D.L. On the rate of explosions in gases // Phil. Mag. 1899.- V.47. -P.90-104.

5. Jouguet E. On the propagation of chemical reaction in gases // J. de Math Pures et Appl. 1905. - T. 7. - P.347-425.

6. Jouguet E. On the propagation of chemical reaction in gases // J. de Math Pures et Appl. 1906. - T. 2. - P.5-86.

7. Зельдович Я.Б. К теории распространения детонации в газовых системах //ЖЭТФ. 1940. - Т. 10, № 5. С.542-568.

8. Von Neumann J. Theory of Detonation Waves (OD-02) // Technical Report. National Defense Research Committee of the Office of Scientific Research and Development. 1942. - Division B. Section B-l. Serial N 238.rr

9. Döring W. Uber der detonation verging in gasen // Ann. Phys. 1943.- V.43, N 5. P.421-436.

10. Зельдович Я.Б., Компанеец A.C. Детонация. M.: Изд-во Московского механического института, 1952. — 274 с.

11. Ашаев В.К., Доронин Г.С., Левин А.Д. О структуре детонационного фронта в конденсированных ВВ // Физика горения и взрыва.- 1988. -Т.24,№ 1. -С.95-99.

12. Уткин A.B., Першин C.B., Фортов В.Е. Изменение структуры детонационной волны в 2',2',2'-тринитроэтил-4,4,4-тринитробутирате с ростом начальной плотности // Доклады Академии Наук. — 2000 Т.374, №4, -С.486-488.

13. Уткин A.B., Колесников С.А., Фортов В.Е. Структура стационарной детонационной волны в прессованном гексогене // Доклады Академии Наук. 2001. - Т.381, №6. - С.760-762.

14. Мочалова В.М., Уткин A.B., Ананьин A.B. Влияние дисперсности на структуру детонационной волны в прессованном TNETB // Физика горения и взрыва. 2007. - Т. 43, № 5. - С. 90-95.

15. Мочалова В.М., Уткин A.B., Ананьин А. В. Структура детонационных волн в прессованном 2',2',2' — тринитроетил 4,4,4, -тринитробутирате // Химическая физика. - 2007. - Т. 26, № 12. - С. 8-12.

16. Трофимов B.C. О возможности ускорения реакции и диффузии в ударном фронте детонации // Детонация. Критические явления. Физико-химические превращения в ударных волнах. Черноголовка: типография ОИХФ РАН, 1978.-С.11-15.

17. Дремин А.Н. О реальности химических изменений молекулярных конденсированных ВВ в процессе их сжатия в ударном фронте детонационной волны // Химическая физика. 1997. - Т. 16, № 9. -С.113-118.

18. Дремин А.Н. Открытия в исследовании детонации молекулярных конденсированных взрывчатых веществ в XX веке // Физика горения и взрыва. 2000. - Т. 36, № 6. - С. 31-44.

19. Зельдович Я.Б., Генич А.П., Манелис Г.Б. Особенности поступательной релаксации во фронте ударной волны в газовых смесях // Доклады Академии Наук СССР. 1979. - Т. 248, №2. - С. 349-351.

20. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F. Theory of detonations. I. Irreversible unimolecular reaction // J. Chem.Phys. 1958. - V. 28, N 6. - P.l 130-1147.

21. Linder В., Curtiss C.F., Hirschfelder J.O. Theory of detonations. II. Reversible unimolecular reaction // J. Chem.Phys. 1958. - V. 28, N 6. - P. 11471151.

22. Вильяме Ф.М. Теория горения. M.: Наука, 1971. - 307с.

23. Зверев И.Н., Смирнов H.H. Газодинамика горения. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 307с.

24. Фикетт У. Введение в теорию детонации. М.: Мир, 1989. - 216с.

25. Харитон Ю.Б. О детонационной способности взрывчатых веществ. В кн.: Вопросы теории взрывчатых веществ. М.; JL: Изд-во АН СССР, кн. 1, 1947. - С.7-28.

26. Боболев В.К. О предельных диаметрах зарядов химически однородных взрывчатых веществ // Доклады Академии Наук СССР. 1947. -Т.57. - С.789-792.

27. Апин А.Я., Стесик JI.H. // В сб.: Физика взрыва. №3. М.: Изд-во АН СССР. 1955. с.87.

28. Курбангалина Р.Х. Зависимость критического диаметра жидких взрывчатых веществ от содержания порошков // ПМТФ. 1969. - №4. - С. 133136.

29. Андреев С.Г., Бабкин A.B., Баум Ф.А. и др. Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 832 с.

30. Михайлюк K.M., Трофимов B.C. О возможном газодинамическом пределе распространения стационарной детонации // Физика горения и взрыва. 1977. - Т. 13, № 4. С.606-613.

31. Кобылкин И.Ф., Соловьев B.C., Бойко М.М. Природа критического диаметра стационарной детонации в конденсированных ВВ // Труды МВТУ №387. Механика импульсных процессов. М.: МВТУ им. Баумана, 1982. - С.13-22.

32. Кобылкин И.Ф., Соловьев B.C., Бойко М.М. Критический диаметр стационарной детонации высокоплотных ВВ. Влияние оболочки // ФГВ. 1983. Т. 19, № 4. - С.120-123.

33. Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев B.C., Сысоев H.H. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: Физматлит, 2004. - 376 с.

34. Дремин А.Н., Савров С.Д., Трофимов B.C., Шведов К.К. Детонационные волны в конденсированных средах. М.: Наука, 1970. - 154 с.

35. Campbel С., Woodhead D. The ignition of gases by an explosion-wave. Part I. Carbon monoxide and hydrogen mixtures // Journal of the Chemical Society. 1926. - V.129. - P.3010-3021.

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

37. Войцеховский Б.В., Митрофанов В.В., Топчиян М.Е. Структура фронта детонации в газах. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1963. - 168 с.

38. Митрофанов В.В. Теория детонации. Новосибирск: Изд-во Нов. гос. ун-та, 1982. - 92 с.

39. Солоухин Р.И. Ударные волны и детонация в газах. М.: Физматгиз, 1963. - 175 с.

40. Веретенников В.А., Дремин А.Н., Розанов O.K., Шведов К.К. О применимости гидродинамической теории к детонации конденсированных взрывчатых веществ // Физика горения и взрыва. 1967. - Т.З, №1. - С.3-10.

41. Дремин А.Н., Савров С.Д. Предельные условия устойчивого распространения стационарной детонации жидких ВВ // Физика горения и взрыва. 1966. - №4. - С.75.

42. Зайдель P.M. Об устойчивости детонационных волн в газовых смесях // Доклады Академии наук СССР. 1961. Т. 136, №5. С. 1142-1145.

43. Асланов С.К., Будзировский, Щелкин К.И. Исследование газодинамической устойчивости детонационной волны произвольного профиля // Доклады Академии наук СССР. 1968. Т.182, №1. С.53-55.

44. White D.R. Turbulent structure of gaseous detonation // Phys. of Fluids.- 1961. V.4, №4.-P.465-480.

45. Рыбанин C.C. Турбулентность при детонации // Физика горения и взрыва. 1966. - Т2, №1. - С.29-35.

46. Трофимов B.C., Дремин А.Н. К обоснованию правила отбора для скорости детонации // Физика горения и взрыва. 1966. - №3. - С. 19-30.

47. Зверев И.Н., Смирнов Н.Н. Газодинамика горения. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 307 с.

48. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. — 502 с.

49. Зотов Е.В. Электроискровое инициирование жидких взрывчатых веществ. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2004. - 295 с.

50. Ашаев В.К., Левин А.Д., Миронов О.Н. Оптический метод измерения параметров ударных волн // Письма в ЖТФ. 1980. - Т.6, вып. 16. -С.1005-1009.

51. Иванов А.Г., Новиков С.А. Метод емкостного датчика для регистрации мгновенной скорости движущейся поверхности // Приборы и техника эксперим. 1963. - Т.7. №1. - С.135-139.

52. Альтшулер Л. В. Применение ударных волн в физике высоких давлений // УФН. 1965. - Т. 85, вып. 2. - С.197-258.

53. Gustavsen R.L., Sheffield S.A., Alcon R.R., Hill L.G. Shock initiation of new and aged PBX 9501 // Proceedings Twelfth International Detonation Symp. San Diego, California. 2002. - P.530-537.

54. Bloomquist D.D., Sheffield S.A. Optically Recording Interferometer for Velocity Measurements with Subnanosecond Resolution // J.Appl.Phys. -1983. V54, № 4. - P.1717.

55. McMillan C.F., Goosman D.R., Parker N.L. et al. Velocimetry of fast surfaces using Fabry-Perot Interferometry // Rev. Sci. Instrum. 1988. - V.59. №1. -P. 1-20.

56. Федоров A.B., Меньших A.B., Ягодин Н.Б. Структура детонационного фронта в гетерогенных ВВ // Химическая физика. 1999. -Т. 18, №11. - С.64-68.

57. Fedorov A.V. Detonation wave structure in liquid homogeneous, solid heterogeneous and agatized HE / Proceedings 12th International Detonation Symp. -2002.-P.230-233.

58. Kury J.W., Don Breithaupt R., Tarver C.M. Detonation waves in trinitrotoluene // Shock Waves. 1999. - N9. - P.227-237.

59. Канель Г.И., Разоренов C.B., Уткин A.B., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах.- М.: Янус-К, 1996.- 408 с.

60. Barker L.M., Hollenbach R.E. Laser interferometer for measuring high velocities of any reflecting surface // J. Appl. Phys.- 1972.- V.43, №11.-P.4669-4675.

61. Asay J.R., Barker L.M. Interferometric measurement of shock-induced internal particle velocity and spatial variations of particle velocity // J. Appl. Phys. 1974.- V.45, №6.- P.2540-2546.

62. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь / Под ред. Б.П.Жукова. // М.: «Янус-К», 1999, 596 с.

63. M.Finger, E.Lee, F.H.Helm, B.Hayes, H.Hornig, R.McGuire, M.Kahara, M.Guidry. The effect of elemental composition on the detonation behavior of Explosives // Proceedings Sixth International Symp. on Detonation. Coronado, California. 1976. - P.710-722.

64. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. — Д.: Химия, 1973. 403 с.

65. Хмельницкий Л.И. Справочник по взрывчатым веществам (учебное пособие). Часть II. М.: Военная артиллерийская инженерная академия им. Дзержинского, 1961. — 864 с.

66. Dobratz В.М. LLNL Explosives Handbook: Properties of Chemical Explosives and Explosive Simulants. Livermore: University of California, 1981. -P.70-72.

67. Еременко Л.Т., Нестеренко Д.А., Струков Г.В., Гаранин В.А. О связи между относительным импульсом взрыва и химическим составом взрывчатого вещества // Химическая физика процессов горения и взрыва. Детонация. Черноголовка, ОИХФ АН СССР. 1977. - С.76-79.

68. Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. Пер. с англ. М.: Мир, 1971. - 520 с. с прил.

69. Вайсбергер А., Проскауэр Э., Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки. Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1958. - 520 с.

70. Уткин А.В., Канель Г.И., Фортов В.Е. Эмпирическая макрокинетика разложения флегматизированного гексогена в ударных и детонационных волнах // Физика горения и взрыва. 1989. - Т.25, N5. -С.115-122.

71. Мочалова В.М., Уткин А.В., Ананьин А.В. Влияние дисперсности на структуру детонационной волны в прессованном TNETB // Сборник «Физика экстремальных состояний вещества 2006» / Под ред. Фортова В.Е. и др. - Черноголовка 2006, - С. 125-127.

72. Voskoboynikov I.M., Afanasenkov A.N., Bogomolov V.N. Generalized shock adiabat for organic liquids I I Combustion, explosion, and shock waves. 1967. - V. 3. - P.359-364.

73. Махов М.Н., Пепекин В.И., Лебедев Ю.А. Метод расчета параметров детонации взрывчатых веществ // Пятый Всесоюзный Симпозиум по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка. 1977. - С.88.

74. Ananin A.V., Koldunov S.A., Garanin V.A., Sosikov V.A., Torunov S.I. Determination of detonation parameters in TNM/M mixtures by electromagnetic method // 14-th International Detonation Symposium. Coeur d'Alene, Idaho, USA. 2010.

75. Campbell A.W., Malin М.Е. and Holland Т.Е. Temperature effects in the liquid Explosive, Nitromethane // J.Appl.Phys. 1956. - V.27, №8. - P.963.

76. Engelke R. and Bdzil J.B. A study of the steady-state reaction-zone structure of a homogeneous and a heterogeneous explosive // Phys. of Fluids. -1983 V.26 - P.1210-1221.

77. Колдунов С.А., Ананьин А.В., Гаранин В.А., Сосиков В.А., Торунов С.И. Детонационные характеристики разбавленных жидких взрывчатых веществ: смеси нитрометана с метанолом // Физика горения и взрыва. 2010. - Т.46, №. - С.73-79.

78. Bouyer V., Baudin G., Le Gallic С., Herve P. Emission spectroscopy applied to shock to detonation transition in nitromethane // Shock Compression of Condensed Matter 2001, edited by Furnish M.D., Thadhani N.N., Horie Y. -2002. - P. 1223-1226.

79. Urtiew P.A. Brightness temperature of detonation wave in liquid explosives // Acta Astronáutica. 1976. - V.3, Issues 7-8. P.555-566.

80. Мейдер Ч. Численное моделирование детонации. М.: Мир, 1985. - 384 с.

81. Gogulya M.F., Dolgoborodov F.Yu., Brazhnikov M.A., and Dushenok S.A. Shock wave initiation of liquid explosives // Shock Compression of Condensed Matter 1999, edited by Furnish M.D., Chhabildas L.C., Hixson R.S. -2000. - P.903-906.

82. Scribner K., Elson R., Fyfe R., Gramer J.P. Physical, Stability and Sensitivity Properties of Liquid Explosives. // Proc. 6th Int. Detonation Symp. Coronado, California. 1976. - P.466-474.

83. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Гидродинамика. M.: Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит., 1986 - 736 с.