ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Окисление азота при сильном взрыве в воздухе из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Некоторые экспериментальные данные по временам релаксации для возбуждения колебаний и вращений в молекулах, полученные путем изучения дисперсии и поглощения ультразвука, уже приводились нами в 2 и 4 гл. VI. [c.437] Атмосферный воздух состоит из молекул азота и кислорода химически он равновесен и очень устойчив. Для диссоциации молекул на атомы или частичного превращения их в молекулы окиси азота N0 необходимо нагреть воздух до нескольких тысяч градусов. Реакция окисления азота требует большой энергии активации. Несколько меньше, но тоже велика энергия активации, необходимая для распада молекул окиси на кислород и азот. Поэтому, несмотря на энергетическую выгодность превращения окиси азота в кислород и азот при низких температурах, молекулы окиси N0 чрезвычайно устойчивы по отношению к распаду. [c.437] В 8 гл. VI было показано, что если при температуре 4000° К время установления равновесной концентрации окиси азота в воздухе нормальной плотности составляет 10 сек, то при 2000° К оно равно примерно 1 сек, а при 1000° К имеет колоссальную величину порядка 10 сек, т. е. примерно 30 тысяч лет Однажды образовавшаяся и охлажденная до нормальной температуры окись азота пребывает в воздухе неопределенно долгое время. В действительности, окисленный азот продолжает свое длительное существование в виде двуокиси NO2 (или даже комплексов N2O4, в которые предпочитают объединяться молекулы NO2), так как окись азота весьма быстро реагирует с кислородом воздуха и окисляется до двуокиси. Эта экзотермическая реакция требует очень небольшой энергии активации и легко протекает даже при комнатной температуре (см. 9 гл. VI). [c.437] Таким образом, химический процесс в нагретом, а потом охлажденном воздухе приводит к существенно неравновесным состояниям, находящимся в резком противоречии с законами химического равновесия, согласно которым окислы азота при низких температурах должны были бы полностью превратиться в азот и кислород. Этот эффект, хорошо известный из лабораторной практики, носит название эффекта закалки окислов азота. [c.437] Большое количество окислов азота образуется при сильном взрыве в воздухе. Атмосферный азот окисляется в той стадии процесса, когда воздух во взрывной волне нагрет до температуры в несколько тысяч градусов, причем окисляется несколько процентов азота. При распространении взрывной волны первоначально нагретый во фронте ударной волны воздух быстро охлаждается. Образовавшаяся в нем окись азота не успевает распадаться при охлаждении и остается в воздухе навсегда . Всего при взрыве с энергией 10 зрг, эквивалентной примерно 20 ООО тонн тротила, в воздухе образуется около 100 тонн окислов азота. Через несколько десятков секунд или минуту после окончания взрыва вся окись превращается в двуокись. [c.437] Присутствие окислов, в особенности небольшого количества двуокиси азота, в нагретом воздухе, охваченном взрывной волной, сильно влияет на оптические свойства воздуха в волне, так как, в отличие от молекул кислорода и азота, молекулы двуокиси интенсивно поглощают и излучают свет в видимой части спектра (молекулы N0 также не поглощают видимого света). [c.438] Газодинамика сильного взрыва была описана в 25 гл. I. Процесс является автомодельным, фронт ударной волны распространяется от центра взрыва по закону Еф Распределения всех газодинамических величин по радиусу представлены на рис. 1.50. Эти распределения неизменны во времени в силу автомодельности с течением времени меняются только масштабы. [c.438] Нас интересует здесь протекание химической реакции в определенных частицах воздуха. Для этого прежде всего нужно знать, как меняется с течением времени термодинамическое состояние данной частицы. [c.438] Кривые охлаждения и расширения частиц воздуха с течением времени схематически показаны на рис. 8.7 и 8.8. [c.439] Температура на фронте Гф = 3000° К. Концентрация практически везде равновесна. Указаны значения температур и плотностей в нескольких точках. [c.441] Сплошная кривая — фактическая концентрация, пунктирная — равновесная концентрация. При ж 4 ж jg-Q ж ( j o)- Указаны значения температур и плотностей в нескольких точках. [c.441] При этом уравнение кинетики (6.45) с помощью введения новых переменных также приводится к уравнению типа (8.24) с начальным условием у = О при X = Xq. в книге [14] табулировано решение уравнения у = у [х, Жо) ). [c.442] Зная из газодинамического решения задачи о сильном взрыве параметры начального состояния частицы воздуха, можно таким образом получить полное решение, т. е. зависимость концентрации окиси с о от времени. Оно вполне соответствует качественным соображениям, изложенным выше. Так была рассчитана кривая, изображенная на рис. 8.11. [c.442] Вернуться к основной статье