爆轟
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爆轟（Detonation）是火釋放能量的兩種之一。[1]爆轟是超聲速的急烈燃燒，當超聲速的放熱鋒加速通過介質並形成衝擊波鋒。超音速的爆炸亦屬爆轟。[1]火另一種釋放能量的方式稱緩燃，兩種方式都有俗稱「爆燃」造成混淆。
爆轟可以發生在固體和液體爆炸，也可以發生在活性氣體。在固體和液體中的爆轟比氣體中的爆轟速度高得多，使得波可以被更細緻地觀測。許多種類的燃料處於氣態、液滴霧態或懸浮塵可發生爆轟。氧化劑包括鹵素、臭氧、過氧化氫和氮氧化物。氣態爆轟通常會發生在燃料和氧化劑的混合比例略低於通常的燃點。乙炔、臭氧、過氧化氫，可在沒有氧氣的情況下發生爆轟。
爆轟於1881年由兩組法國科學家Marcellin Berthelot, P. Vieille [2] 和 Ernest-François Mallard, Henry Louis Le Chatelier [3] 分別發現。 數學上，David Chapman [4] 於1899預言了這一傳播現象，其後Émile Jouguet [5] [6][7] 在20世紀初也進行了相關的研究。 在20世紀四十年代，Zeldovich，von Neumann和Doering對爆轟現象的進一步理解作出了重要的貢獻。
理論
[編輯]19世紀末20世紀初，Chapman和Jouguet分別對爆轟現象進行了研究，他們的理論是描述氣體中的爆轟現象最簡單的理論，通常被稱為Chapman-Jouguet理論。他們用一組簡單的代數方程來描述爆轟過程放熱鋒與衝擊波的傳播。Zeldovich [8]，von Neumann [9] 和Doering [10] 在第二次世界大戰期間分別提出了更複雜的爆轟理論，也被稱為ZND理論。
這兩種理論都描述了一維穩態波鋒，20世紀六十年代，實驗發現氣相爆轟通常是不穩定的且具有三維結構，只在平均的意義下可以被這些一維穩態理論所描述。Wood-Kirkwood爆轟理論從一些方面可以彌補這些限制[11]。
目前尚無理論能描述這些結構是如何形成和持續的。
應用
[編輯]在爆炸儀器中，爆轟對周圍區域帶來的損傷主要來源超音速的衝擊波。與爆燃的亞音速熱鋒和較小的最大壓強，爆轟通常更具破壞性，而爆燃則更多用於武器發射。然而爆轟也有一些其他不那麼具有破壞性的應用，比如表面清潔和鍍膜，爆轟焊接等。爆轟脈衝也可用於太空飛行器推進 [12] [13]。
引擎和火器
[編輯]在使用爆燃過程的設備中，意外的爆轟過程會引發一些問題。在內燃機中，這一現象通常稱為爆震或敲缸，這會使得引擎動力輸出減少、過熱甚至部件損壞。在火器中，爆轟可能導致致命的災難和危險。
相關條目
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 Detonation and Deflagration: What Is The Difference?. Safetell Security, U.K. （原始內容存檔於2020-06-11）.
DETONATION is a quick and explosive form of fire. [...] DEFLAGRATION is a slow catching fire. Ordinary fire and most explosions are instances of deflagration. Deflagration fires are usually controllable and can be harnessed.[...] Combustion takes different forms. When a decomposition reaction or combination reaction releases a lot of energy in a very short span of time, an explosion may occur. Deflagration and detonation are two ways energy may be released. If the combustion process propagates outward at subsonic speeds, it’s a deflagration. If the explosion moves outward at supersonic speeds, it’s a detonation."
- ^ M. Berthelot and P. Vieille, 「On the velocity of propagation of explosive processes in gases,」 Comp. Rend. Hebd. Séances Acad. Sci., Vol. 93, pp. 18-21, 1881
- ^ E. Mallard and H. L. Le Chatelier, 「On the propagation velocity of burning in gaseous explosive mixtures,」 Comp. Rend. Hebd. Séances Acad. Sci., Vol. 93, pp. 145-148, 1881
- ^ Chapman, D. L. (1899). VI. On the rate of explosion in gases. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 47(284), 90-104.
- ^ Jouguet, E. (1905). On the propagation of chemical reactions in gases. J. de mathematiques Pures et Appliquees, 1(347-425), 2.
- ^ Jouguet, E. J. (1906). Mathem. Pures Appl. 1. 1905. P. 347-425. And 2.
- ^ Jouguet, É. (1917). L'œuvre scientifique de Pierre Duhem. Doin.
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- ^ Doring, W. Über den Detonationsvorgang in Gasen. Annalen der Physik. 1943, 43 (6–7): 421–436. Bibcode:1943AnP...435..421D. doi:10.1002/andp.19434350605.
- ^ Glaesemann, Kurt R.; Fried, Laurence E. Improved wood–kirkwood detonation chemical kinetics. Theoretical Chemistry Accounts. 2007, 120 (1–3): 37–43 [2019-11-13]. doi:10.1007/s00214-007-0303-9. （原始內容存檔於2021-03-06）.
- ^ Kailasanath, K. Review of Propulsion Applications of Detonation Waves. AIAA Journal. 2000, 39 (9): 1698–1708. Bibcode:2000AIAAJ..38.1698K. doi:10.2514/2.1156.
- ^ Norris, G. Pulse Power: Pulse Detonation Engine-powered Flight Demonstration Marks Milestone in Mojave. Aviation Week & Space Technology. 2008, 168 (7): 60 [2019-11-13]. （原始內容存檔於2019-04-01）.