Влияние диэтилентриамина на параметры и структуру детонационных волн нитрометана.
1, 2, 1
ИПХФ РАН1, МГУ2
Известно, что малые добавки аминов могут существенно влиять на детонационные свойства нитрометана. В частности добавление аминов к нитрометану может приводить к резкому снижению давления инициирования детонации, уменьшению критического диаметра жидких ВВ и т. п. [1, 2]. В работе [3] показано, что малые добавки диэтилентриамина (ДЭТА) увеличивают начальную скорость реакции нитрометана. Уже при 0,02% ДЭТА видны существенные отличия от профиля скорости в чистом нитрометане – после ударного скачка скорость продолжает возрастать, в окрестности 10 нс достигает максимума и только затем падает. При этом амплитуда химпика существенно уменьшается по сравнению с чистым нитрометаном. Такие необычные явления обусловлены тем, что резкое увеличение начальной скорости реакции нитрометана приводит к частичному разложению вещества непосредственно во фронте волны.
Увеличение начальной скорости реакции, обусловленное добавками ДЭТА, должно влиять не только на давление инициирования детонации, профили массовой скорости, критический диаметр, но и на время реакции нитрометана в детонационных волнах.
С этой целью в работе проведены эксперименты по изучению влияния ДЭТА на время реакции в нитрометане. Концентрация ДЭТА изменялась в интервале от 0 до 2.0 массовых процентов. Заряд ВВ помещался в полипропиленовую или пенопластовую оболочку с внутренним диаметром от 20 до 40 мм и толщиной стенки 2 мм для пропиленовой и 10 мм для пенопластовой оболочек. Длина заряда составляла 150 мм. Инициирование детонации осуществлялось прессованным зарядом тротила. Регистрация профилей массовой скорости осуществлялась лазерным интерферометром VISAR при выходе детонационной волны на границу с водяным окном. Зондирующее излучение отражалось от алюминиевой фольги толщиной 7 мкм, расположенной между зарядом и окном. Метод определения положения точки Чепмена-Жуге, в которой осуществляется переход от дозвукового течения в зоне реакции к сверхзвуковому в волне разгрузке, хорошо известен. Для этого необходимо провести измерения волновых профилей при различном диаметре зарядов. Если диаметр значительно превышает критический, течение в зоне реакции будет оставаться неизменным, тогда как спад скорости в волне разгрузки зависит от диаметра. Поэтому для определения точки Чепмена-Жуге использовались заряды различного диаметра с оболочками из разного материала, что также, очевидно, влияет на разгрузку. Время реакции определялось по расхождению профилей в волне разрежения.
Поскольку у нитрометана довольно большой критический диаметр, возникают трудности с изменением диаметра заряда в лабораторных условиях. Поэтому точка Чепмена-Жуге в чистом нитрометане была найдена посредством изменения граничных условий, которые влияют на торцевой разлет. В экспериментах для инициирования детонации использовались заряды прессованного ВВ диаметром 80 мм. Но в первом опыте использовался заряд из флегматизированного гексогена AIX–1 высотой 40 мм. Тогда как во втором использовался аналогичный заряд из тротила. Заметное расхождение профилей скорости начинается примерно через 50 нс.
Как отмечалось выше, при добавлении ДЭТА критический диаметр нитрометана уменьшается, и это позволяет реализовать метод определения точки Чепмена-Жуге с использованием зарядов различного диаметра. Изменение диаметра приводит к расхождению профилей скорости в волне разгрузке, что позволяет определить время реакции. Следует отметить, что предложенный метод дает верхнюю оценку времени реакции, и погрешность определения положения точки Чепмена-Жуге не превышает нескольких наносекунд.
Анализ показывает, что время реакции уменьшается от 50 нс для чистого нитрометана до 37 нс и 30 нс для смесей с массовой долей диэтилентриамина 0,5% и 2%, соответственно. То есть малые добавки ДЭТА (0,5-2%) приводят к уменьшению времени реакции нитрометана чуть меньше, чем в 2 раза. В то же время известно, что критический диаметр при этом падает почти на порядок. Согласно соотношению Харитона критический диаметр прямо пропорционален времени реакции. И, казалось бы, если критический диаметр уменьшается на порядок, то и время реакции должно уменьшаться во столько же раз. Это несоответствие объясняется тем, что в нитрометане на краю заряда наблюдаются волны срыва реакции. А увеличение начальной скорости разложения НМ при добавках ДЭТА приводит к стабилизации течения и соответственно изменению природы критического диаметра. Если в НМ/ДЭТА критический диаметр определяется временем реакции (как и должно быть в соответствии с соотношением Харитона), то в НМ он определяется временем индукции теплового взрыва на краю заряда (модель Дремина).
Литература
1. Engelke R. // Phys. Fluids. 1980. V.23. P.785-880.
2. Sheffield S. A., et al. // 13-th Int. Det. Symp., Norfolk, USA. 2006. P. 401-407.
3. Mochalova V. M., Utkin A. V. // Int. Conference “Shock waves in condensed matter”, Kiev, Ukraine. 2012. P. 60-63
