Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:

Взрыв в газе: враг или помощник?

"Советская Сибирь", 1979, 10 апреля, №83, с.2

М. Топчиян
Заведующий лабораторией газовой детонации, доктор физико-математических наук, профессор.
В. Митрофанов
Заведующий лабораторией детонационных процессов", кандидат физико - математических наук.

Если твердые и жидкие взрывчатые вещества нашли широкое применение в хозяйственной деятельности, широко используются в горнодобывающей промышленности, при сооружении плотин, дамб, каналов, тоннелей, то газообразные взрывчатые вещества до последнего времени доставляли человеку одни неприятности. Вспомним постоянную опасность взрыва на угольных шахтах, сложности химической технологии во взрывоопасных газовых и газопылевых системах, явление детонации в двигателях внутреннего сгорания, приводящее к быстрому их разрушению.

Детонации характерно очень быстрое сверхзвуковое распространение пламени по взрывчатой смеси. Скорость такого процесса обычно составляет несколько километров в секунду и является постоянной величиной для заданных условий и состава взрывчатой смеси. Поджигание смеси в детонационной волне осуществляет ударная волна, подобная той, которая возникает при полете сверхзвукового самолета. Поэтому в области действия детонации возникают большие давления и температуры, которыми и объясняется разрушающее действие взрыва. Характерным свойством детонационной волны, наряду с высокими давлениями и температурой, достигающей трех-четырех тысяч градусов, является большая скорость газового потока, превышающая тысячу метров в секунду.

Исследования, проводившиеся в институте гидродинамики, показали, что детонационная волна в газовых смесях гораздо более сложное явление, чем это представлялось раньше. За фронтом ударной волны возникают вторичные детонационные волны, движущиеся в поперечном к основному фронту направлении, которые сжигают газ после дополнительного сжатия.

Дело в том, что воспламенение газа после его мгновенного нагревания происходит не сразу, а через некоторое время, называемое задержкой воспламенения. Это время быстро уменьшается при росте температуры за ударной волной, которая, в свою очередь, зависит от скорости движения ударной волны по газу. Оказывается, что при обычной скорости детонации, определяемой в основном калорийностью смеси, задержки воспламенения таковы, что пламя должно отрываться от ударной волны. А такой отрыв опасен: детонация может затухнуть! Чтобы избежать этого, природа придумала уловку - позади прямой волны возникают поперечные, которые дополнительно поднимают температуру; в результате задержки воспламенения становятся исчезающе малыми, и пламя практически примыкает к ударной волне.

Исследования института гидродинамики по расшифровке структуры детонационных волн были вместе с работами Института химической физики АН СССР удостоены Ленинской премии и отмечены двумя дипломами на открытия.

В последние годы в лабораториях, занимающихся вопросами детонации газовых и гетерогенных систем, получены новые важные научные результаты, имеющие большое практическое значение. Разработаны модели, позволяющие рассчитать элементы структуры реальной детонационной волны, кинетику химических реакций для завершающих стадии горения, двухслойную детонацию, при которой взрывное разложение порошкообразного взрывчатого вещества (ВВ) ведется ударной волной в газе со скоростью, намного превышающей скорость нормального детонационного процесса.

Очень важны и интересны проводимые в институте расчеты и разработки моделей инициирования (возбуждения) детонации. Эти работы имеют прямое отношение к вопросам безопасности транспортировки больших количеств горючих веществ, возникновения взрывоопасных ситуаций на производстве, в быту, в угольных шахтах.

Результаты современных исследований позволяют использовать особые свойства детонационной волны в газе и в созидательных целях. Здесь, прежде всего, необходимо иметь в виду интенсификацию процессов сжигания топлива с помощью детонации.

На модельных установках у нас реализованы процессы непрерывного сжигания газообразных смесей с помощью детонационной волны, которую, как белку в колесе, заставили бегать по кругу. Ударные волны, возникающие при детонации, способствуют лучшему перемешиванию смеси и тем самым улучшают полноту сгорания, что (наряду с прямым увеличением отдачи энергии на единицу топлива) должно привести к улучшению состава выхлопных газов. А это важно для защиты окружающей среды.

До сих пор одной из трудных для машиностроения проблем является зачистка деталей от заусенцев после механической обработки. Эту операцию часто проводят вручную, после того, как деталь была изготовлена на полностью автоматизированной линии, что приводит как к резкому увеличению затрат, так и к большому моральному ущербу.

Как показали эксперименты, при правильном подборе давления и состава взрывчатой смеси в большинстве случаев удается эффективно удалять заусенцы с помощью газовой детонации. Для этого очищаемые детали загружают в специальную камеру, которую заполняют взрывчатой смесью. При взрыве газовой смеси происходит быстрый разогрев тонких заусенцев до температуры, при которой они сгорают в кислороде, содержащемся в избытке во взрывчатой смеси.

Опытная установка, реализующая такой технологический процесс совместно с СКВ гид-роимпульсной техники создается сейчас для Алтайского моторного завода.

Другое направление технологического использования детонации связано с наличием в волне быстрого потока газа, с помощью которого можно разгонять твердые частицы металлов, окислов или каких-либо других веществ. Подогретые и разогнанные до скорости около 1000 метров в секунду порошки обладают способностью прочно сцепляться с поверхностью, с которой их сталкивают. Это физическое явление послужило основой создания установок детонационного напыления, работающих по следующему принципу. В трубу, заполненную детонирующей газовой смесью, вносится небольшая порция порошка, которым хотят покрыть деталь, расположенную вблизи открытого конца трубы. Смесь взрывают. Частицы, разогнанные детонационной волной, внедряются в поверхность обрабатываемого изделия. Цикл повторяется с частотой 4-10 раз в секунду.

Таким образом, нанося на поверхности деталей тонкие слои со специальными свойствами, можно защищать детали от фрикционного, эрозионного и коррозионного воздействия, тем самым резко увеличить их срок работы.

Чрезвычайно существенным в работе таких установок является жесткий контроль оптимального режима детонационной волны.

В 1979 году институте гидродинамики на основе проведенных ранее фундаментальных исследований разработано, изготовлено, отлажено и передано заказчику в опытную эксплуатацию устройство, позволяющее автоматически следить за режимом детонации и составом взрывчатой смеси. Внедрение установок детонационного напыления на предприятиях только одного Министерства авиационной промышленности дает экономический эффект около 15 миллионов рублей в год.

Важным направлением работ, которое ведется совместно с Криворожским ВНИПКИ горнорудного машиностроения, является изучение особенностей взрывного действия зарядов промышленных взрывчатого вещества с продольными каналами. Такие заряды обеспечивают более равномерное дробление горной породы при экономии взрывчатого вещества, а по механизму взрывного превращения сходны с уже упоминавшейся двухслойной детонацией. В 1978 году на рудниках производственного объединения "Кривбассруда" ими отбито свыше 10 миллионов тонн руды.


      


Сен 13, 2019 Cеминар Отдела механики деформируемого твердого тела, 16.09.2019, 15-30
В понедельник 16 сентября 2019, начало 1530,  в конф. зале  ИГиЛ СО РАН  состоится...

Сен 13, 2019 Семинар "Механика макро- и нано-структур" 16.09.2019 в 14-30
В понедельник 16 сентября 2019 г. в 14-30 в конференц зале ИГиЛ СО РАН состоится научный семинар исполнителей...

Сен 10, 2019 Новый конкурс РНФ. Совместно с DFG.

РНФ объявил об открытом публичном конкурсе на получение грантов Фонда по приоритетному направлению...

Сен 10, 2019 Новый конкурс РНФ. Совместно с ANR.

РНФ объявил об открытом публичном конкурсе на получение грантов Фонда по приоритетному направлению...

Июн 28, 2019 Конференция по моделированию ГРП

Институт гидродинамики совместно с Новосибирским госуниверситетом проводит с 1 по 5 июля Международную...

Июн 5, 2019 Научная конференция, посвященная 100-летию К.И.Бабенко
Конференция «Аналитические и численные методы решения задач гидродинамики, математической физики...

Рассылки
Яндекс.Метрика