Как изменяется скорость распространения фронта пламени и давление, развиваемое при взрыве

Многих учащихся интересует вопрос: Как изменяется скорость распространения фронта пламени и давление, развиваемое при взрыве? При дефлаграционном горении скорость фронта пламени составляет от единиц до десятков метров в секунду, а давление возрастает постепенно до максимальных значений. При переходе к детонации скорость распространения фронта пламени и давление при взрыве скачкообразно увеличиваются: скорость достигает тысяч метров в секунду, а давление на фронте ударной волны возрастает в десятки раз.

$P_{max} = P_0 \cdot \frac{T_b}{T_0} \cdot \frac{n_2}{n_1}$

Разбор по случаям

Примеры

Взрыв газа в замкнутом помещении. Рассмотрим дефлаграционный взрыв метанвоздушной смеси в замкнутом резервуаре при начальном давлении $P_0 = 101.3 \text{ кПа}$. В процессе сгорания скорость распространения фронта пламени и давление при взрыве меняются нелинейно. Скорость фронта увеличивается от $u_n = 0.4 \text{ м/с}$ до десятков метров в секунду из-за расширения продуктов. Максимальное давление $P_{max}$ достигает примерно $0.8 \text{ МПа}$, превышая начальное в $7-8$ раз.

Детонация газовой смеси в трубе. При распространении горения в длинной трубе происходит турбулизация потока. Нормальная скорость пламени переходит в детонационную волну. В результате скорость распространения фронта пламени и давление при взрыве резко возрастают: скорость достигает $2000 \text{ м/с}$, а давление на фронте детонации $P_D$ превышает $1.5-2.0 \text{ МПа}$, что приводит к разрушению конструкции.

Частые ошибки

• Путают нормальную скорость горения со скоростью детонационной волны.
• Считают, что давление при взрыве всегда возрастает мгновенно без учета динамики горения.
• Не учитывают влияние турбулентности и замкнутости объема на рост параметров.

Коротко

Таким образом, мы разобрали, как изменяется скорость распространения фронта пламени и давление, развиваемое при взрыве. Параметры возрастают от умеренных значений при дефлаграции до скачкообразных пиков при детонационном режиме.