Зельдович — Математическая теория горения и взрыва
В монографии Зельдович — Математическая теория горения и взрыва с единых позиций излагаются математические и физико-химические основы современной теории горения и взрыва. Она обобщает теоретические исследования по тепловому и цепному взрыву, теории поджигания, инициированию волны химического превращения, распространению ламинарного пламени, критическим явлениям при горении (устойчивости, пределам распространения, переходу от одного режима горения к другому), диффузионному горению неперемешанных газов и другим вопросам механики реагирующего газа.
Горения — с детства и навсегда поражающий наше воображение феномен природы — несомненно один из важнейших для природы и человеческой практики физико-химических процессов. Греческий миф о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям, культ огня в других древних гомологиях — своеобразная, поэтическая дань роли огня в возникновении цивилизации.
Научное исследование горения началось в XVIII в. вместе со стремительным развитием химии. На первоначальном этапе горение определялось как соединение с кислородом горючих веществ (в первую очередь содержащих водород и углерод). Обобщая эту точку зрения, химики формулируют в то время широко известное высказывание: «Жизнь — это медленное горение»; это высказывание остается верным и поныне, поскольку именно соединение с кислородом накопленного растениями горючего служит источником энергии человека и вообще живых существ.
Выяснение химической сущности горения па этом раннем этапе развития науки подготовило базу для развития энергетики и термодинамики, поскольку горение — основной поставщик газов высокой температуры и энергии. В конце XIX в. интенсивно развиваются важные исследования химикотермодинамических равновесий в системе Н2—Н20—СО—С02—С—02, определяющих в первом приближении температуру, достигаемую при горении углеводородных топлин, и состав продуктов горения газов, твердых и жидких веществ.
Этап изучения горения и взрывов, начавшийся в конце XIX в. и продолжающийся до настоящего времени, был связан с появлением двигателей внутреннего сгорания, развитием внутренней баллистики артиллерийских орудий и взрывного дела, а в последние десятилетия — с широким внедрением в технику реактивных двигателей. Это во многом стимулировало быстрое развитие пауки о горении.
На раннем этапе развития теории горения отметим имена В. А. Михель сона (Россия, СССР), Вертело (М. Berthelot), Виейя (P. Vieille), Жуге (Е. Jouguet), Таффанеля (Taffanel) (Франция), Даниэля (P. Daniell), Чепмена (D. L. Chapman) (Англия).
На современном этапе исследований процесса горения в центре внимания стоит вопрос о скорости химического превращения. Сегодня горением и взрывом мы называем быстрое протекание реакции в веществе, которое в исходном состоянии инертно. При этом решающим оказывается выделение тепла и/или активных центров при самой реакции. В современном понимании с понятиями горения, взрыва, пламени, детонации и т. д. связывается характер протекания реакции, а не ее химическое содержание: мы говорим, например, о пламени разложения озона 203 -> 302, хотя в этой реакции выделяется, а не потребляется кислород. Разумеется, полностью изучить характер протекания реакции можно, лишь зная ее элементарные акты, механизм и кинетику с фронтами горения и детонации: материал книги ограничен медленным распространением горения, когда сжимаемость газа можно не учитывать.
Теория тепло- и массопередачи привлекается лишь в той мере, в какой это необходимо для понимания теории горения. Широко известная монография Д. А. Фрапк-Каменецкого «Диффузия и теплопередача в химической кинетике» (М.: Наука, 1967, 2-е изд.), являющаяся примером лаконичного и предельно четкого изложения материала, может служит для читателя основным руководящим источником по этому вопросу.
Почти не касаются здесь авторы и специфических вопросов горения твердых топлив, хотя общие методы, рассмотренные в книге, применимы и к этому случаю. Эти вопросы явились предметом изложения недавних монографий Я. Б. Зельдовича, О. И. Лейпунского, В. Б. Либровича «Теория нестационарного горения пороха» (М.: Наука, 1975) и Б. В. Новожилова «Нестационарное горение твердых ракетных топлив» (М.: Наука, 1973).
По другим соображениям в книгу не включены вопросы турбулентного горения газов. Теория турбулентного горения находится в настоящее время в стадии становления, в ней еще не сформулировалось полностью основное, стержневое направление теоретических исследований и поэтому включать ее в предлагаемую книгу представляется преждевременным.
Отметим, что «взрыв», упомянутый в заглавии книги Зельдович — Математическая теория горения и взрыва, это тепловой или цепной взрыв, т. е. изменение режима химической реакции. Внешние, механические эффекты, сопровождающие выделение энергии, не рассматриваются.
В заключение укажем, что первая глава книги, предлагаемой вниманию читателя, играет особую роль. В ней кратко рассказано об основных физических идеях и результатах, которые лежат в основе теории горения и находят более полное математическое отражение в последующих главах.
Наука о горении находится в настоящее время на пороге нового взлета, обусловленного как во актуальностью, так и огромным прогрессом экспериментальных методов (лазеры!) и вычислительных возможностей. Мы надеемся, что изложенные в книге идеи и методы сохранят при этом свое значение.
Скачать — Зельдович — Математическая теория горения и взрыва >>
