Detonation - Detonation

For detonation i gnisttændingsmotorer, se Motor banker .
Ikke at forveksle med denotation .
Image
Detonation af TNT og stødbølge

Detonation (fra latin detonare  'til torden ned / frem') er en type forbrænding, der involverer en supersonisk eksoterm front, der accelererer gennem et medium, der til sidst driver en chokfront, der udbreder sig direkte foran den. Detonationer forekommer i både konventionelle faste og flydende sprængstoffer såvel som i reaktive gasser. Den hastighed detonation i faste og flydende sprængstoffer er meget højere end den gasformige dem, hvilket tillader bølgen, der skal iagttages med større detaljer (højere opløsning ).

En meget bred vifte af brændstoffer kan forekomme som gasser, dråbetåger eller støvsuspensioner. Oxidanter inkluderer halogener, ozon, hydrogenperoxid og nitrogenoxider . Gasformige detonationer er ofte forbundet med en blanding af brændstof og oxidant i en sammensætning, der ligger noget under konventionelle antændelsesforhold. De forekommer oftest i lukkede systemer, men de forekommer undertiden i store dampskyer. Andre materialer, såsom acetylen , ozon og hydrogenperoxid, kan detoneres i fravær af dioxygen .

Detonation blev opdaget i 1881 af to par franske forskere Marcellin Berthelot og P. Vieille og Ernest-François Mallard og Henry Louis Le Chatelier . De matematiske forudsigelser om formering blev udført først af David Chapman i 1899 og af Émile Jouguet i 1905, 1906 og 1917. Det næste fremskridt i forståelsen af ​​detonation blev foretaget af Zel'dovich , von Neumann og W. Doering i de tidlige 1940'ere.

Teorier

Den enkleste teori til at forudsige opførelsen af ​​detonationer i gasser er kendt som Chapman-Jouguet (CJ) teori, udviklet omkring begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Denne teori, der er beskrevet af et relativt simpelt sæt algebraiske ligninger, modellerer detonationen som en formeringsstødbølge ledsaget af exoterm varmeudløsning. En sådan teori begrænser kemien og diffusive transportprocesser til en uendelig tynd zone.

En mere kompleks teori blev fremskredet under Anden Verdenskrig uafhængigt af Zel'dovich , von Neumann og W. Doering . Denne teori, nu kendt som ZND-teori , indrømmer endelige hastigheds kemiske reaktioner og beskriver således en detonation som en uendelig tynd stødbølge efterfulgt af en zone med eksoterm kemisk reaktion. Med en referenceramme for et stationært chok er følgende flow subsonisk, så en akustisk reaktionszone følger umiddelbart bag blyfronten , Chapman-Jouguet-tilstanden . Der er også noget bevis for, at reaktionszonen er semi-metallisk i nogle sprængstoffer.

Begge teorier beskriver endimensionelle og stabile bølgefronter. Imidlertid afslørede eksperimenterne i 1960'erne, at gasfasedetonationer oftest blev karakteriseret ved ustabile, tredimensionelle strukturer, som kun i gennemsnit kan forudsiges af en-dimensionelle stabile teorier. Faktisk slukkes sådanne bølger, når deres struktur ødelægges. Wood-Kirkwood-detonationsteorien kan rette op på nogle af disse begrænsninger.

Eksperimentelle undersøgelser har afsløret nogle af de betingelser, der er nødvendige for formering af sådanne fronter. Under indeslutning ligger sammensætningen af ​​blandinger af brændstof og oxidationsmidler og selvnedbrydende stoffer med inerte lidt under antændelsesgrænserne og for sfærisk ekspanderende fronter langt under dem. Indflydelsen af ​​at øge koncentrationen af ​​fortyndingsmiddel på ekspanderende individuelle detonationsceller er blevet demonstreret elegant. På samme måde vokser deres størrelse, når det oprindelige tryk falder. Da cellebredder skal matches med den mindste dimension af indeslutning, standses enhver bølge, der er overdrevet af initiatoren.

Matematisk modellering er støt avanceret til at forudsige de komplekse strømningsfelter bag stød, der inducerer reaktioner. Indtil i dag har ingen beskrevet tilstrækkeligt, hvordan struktur dannes og opretholdes bag ubegrænsede bølger.

Ansøgninger

Når det bruges i eksplosive enheder, er hovedårsagen til skader fra en detonation den supersoniske eksplosionsfront (en kraftig stødbølge ) i det omkringliggende område. Dette er en væsentlig skelnen fra deflagrationer, hvor den eksoterme bølge er subsonisk, og det maksimale tryk højst er en ottendedel så stort. Derfor er detonation en funktion til destruktivt formål, mens deflagration foretrækkes til acceleration af skydevåbens projektiler. Detonationsbølger kan dog også bruges til mindre destruktive formål, herunder aflejring af belægninger på en overflade eller rengøring af udstyr (f.eks. Fjernelse af slagge) og endda eksplosivt svejsning af metaller, der ellers ikke kunne smelte. Pulsdetonationsmotorer bruger detonationsbølgen til fremdrift i rumfart. Den første flyvning af et fly drevet af en pulsdetonationsmotor fandt sted i Mojave Air & Space Port den 31. januar 2008.

I motorer og skydevåben

Utilsigtet detonation, når deflagration ønskes, er et problem i nogle enheder. I Otto cyklus eller benzinmotorer kaldes det motor banker eller pinger eller lyserødt, og det forårsager tab af strøm, overdreven opvarmning og hårdt mekanisk stød, der kan resultere i en eventuel motorfejl. I skydevåben kan det forårsage katastrofal og potentielt dødelig svigt.

Pulse detonationsmotorer er en form for pulserende jetmotor, der er blevet eksperimenteret med ved flere lejligheder, da dette giver potentialet for god brændstofeffektivitet.

Se også

Referencer

eksterne links