Mechanism and Kinetic Laws of Reactions Determining Flame Propagation, Gas Explosion and Detonation. Review

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It has been established that, contrary to previous ideas chemical processes in the propagation of flame, explosion and detonation of gases, are chain reactions proceeding according to previously unknown laws of non-isothermal chain processes. The characteristic reaction times in deflagration and detonation in the combustion zone are less than a ten-thousandth and a millionth of a second, respectively. The features of the mechanisms and laws that determine such high rates and accelerations of reactions, their extremely strong temperature dependence is revealed. Using kinetic and spectroscopic methods, the decisive role of atoms and radicals, which are formed in concentrations reaching tens of percent of the concentrations of the initial reagents, is shown. Efficient chemical methods for controlling all combustion modes have been developed.

About the authors

V. V. Azatyan

Federal Scientific Center Scientific Research Institute for System Analysis RAS

Author for correspondence.
Email: vylenazatyan@yandex.ru
Russia, 117218, Moscow, Nakhimovsky Prosp., 36, build. 1

References

  1. Семенов Н.Н. // Успехи физических наук. 1940. Т. 23. № 1. С. 251.
  2. Семенов Н.Н. Развитие теории цепных реакций и теплового воспламенения. Москва: Издательство “Знание”, 1969. 95 с.
  3. Семенов Н.Н. Избранные труды. Т. 3. Москва: Наука, 2005. 499 с.
  4. Lewis B., Von Elbe G. Combustion, explosions, and flame in gases. New York–London: Acad. Press, 1987. 592 p.
  5. Baulch D.L., Bowman C.T., Cobos C.J., Cox R.A., Just T., Kerr J.A., Pilling M.J., Stoker D., Troe J., Tsang W., Walker R.W., Warnatz J. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2005. V. 34. № 3. P. 757.
  6. Srinivasan N.K., Michael J.V., Harding L.B., Klipperstain S.J. // Combust. Flame. 2007. V. 149. № 1–2. P. 104.
  7. Зельдович Я.Б., Баренблат Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения. Москва: Наука, 1980. 478 с.
  8. Williams F.A. Combustion theory. Westview Press, 1985. 704 p.
  9. Химическая энциклопедия. Т. 1. Статья “Горение”. Москва: Сов. Энциклопедия, 1988. С. 595.
  10. Физическая Энциклопедия. Статья “Горение”. Москва: Сов. Энциклопедия, 1988. С. 515.
  11. Большой Энциклопедический словарь “Физика”. Статья “Горение”. Москва: Изд-во “Большая Российская энциклопедия”, 1998. С. 134.
  12. Merzhanov A.G. // Nonequilibrium Theory of Flame Propagation. Progress in Astronautics and Aeronautics. 1997. V. 173. P. 37.
  13. Франк-Каменецкий Д.А. Основы макрокинетики, диффузия, теплопередача в химической кинетике. Долгопрудный: Интеллект, 2008. 407 с.
  14. Кукин П.П., Юшин В.В., Емельянов С.Г. Теория горения и взрыва. Москва: Изд-во “Юрайт”, 2012. 435 с.
  15. Палесский Ф.С., Фурсенко Р.В., Минаев С.С. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 6. С. 3.
  16. Frolov S.M., Shamshin I.V., Dubrovskii F.V., Medvedev S.N. / Proceedings of International Conference on Transient Combustion and Detonation. Moscow: Torus press, 2014. P. 204.
  17. Kogan I., Sivashinsky G. / Modeling of Deflagration–to–Detonation Transition with Ignition Temperature Kinetics. Proceedings of the international conference on Transient Combustion and Detonation Phenomena. Moscow, 2014. P. 163.
  18. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, взрывы и пламя в газах. Москва: Мир, 1968. 604 с.
  19. Дубровский А.В., Иванов В.С., Зангиев А.Э., Фролов С.М. // Химическая физика. 2016. Т. 35. № 6. С. 49.
  20. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. Springer–Verlag, 2001. 351 p.
  21. Бабкин В.С., Сеначин П.К. Процессы горения газов в ограниченных объемах. Изд-во Алт. ГТУ, 2017. 143 с.
  22. Chung K. Law. Combustion Physics. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 2006. 722 p.
  23. Азатян В.В. // Успехи химии. 1999. Т. 62. № 12. С. 1122.
  24. Азатян В.В., Вагнер Г.Г., Ведешкин Г.К. // Журнал физической химии. 2004. Т. 78. № 6. С. 1036.
  25. Азатян В.В., Павлов В.А., Шаталов О.П. // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46. № 6. С. 835.
  26. Азатян В.В. // Журнал физической химии. 2011. Т. 85. № 8. С. 1405.
  27. Азатян В.В., Болодьян И.А., Шебеко Ю.Н., Навценья В.Ю. // Кинетика и катализ. 2003. Т. 27. № 3. С. 449.
  28. Петрова Л.Д., Азатян В.В., Баратов А.Н., Вогман Л.П., Макеев В.Н. / Сб. Горение и взрыв. Москва: Наука, 1977. С. 626.
  29. Азатян В.В., Бакулев В.И., Калканов В.А., Романенко Н.Т., Харламов А.В., Шавард А.А. Пат. RUS 1835139, 1992.
  30. Азатян В.В. Цепные реакции в горении, взрыве и детонации газов. Москва: Изд-во РАН, 2020. 360 с.
  31. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Химические процессы в газах. Москва: Наука, 1981. 262 с.
  32. Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 1976. Т. 17. № 2. С. 533.
  33. Азатян В.В., Шавард А.А. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1977. Т. 42. № 11. С. 2460.
  34. Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 1. С. 3.
  35. Азатян В.В. // Физика горения и взрыва. 1979. Т. 15. № 5. С. 62.
  36. Азатян В.В. // Доклады РАН. 2020. Т. 495. С. 59. https://doi.org/10.31857/S2686953520060047
  37. Гершензон Ю.М., Глебова О.Н., Азатян В.В. // Докл. АН СССР. 1966. Т. 168. № 4. С. 851.
  38. Прокопенко В.М., Азатян В.В. // Журнал физической химии. 2018. Т. 92. № 1. С. 55. https://doi.org/10.7868/S004445371801020X
  39. Korobeinichev O.P., Rybitskaya I.V., Shmakov A.G., Chernov A.A., Bolshova T.A., Shvartsberg V.M. // Proceedings of the Combustion Institute. 2009. V. 32. P. 2591.
  40. Азатян В.В., Вартанян А.А., Калканов В.А., Шавард А.А. // Химическая физика. 1989. Т. 8. № 11. С. 1290.
  41. Большая Российская энциклопедия. Т. 5. Статья “Взрыв”. Москва: Большая Российская энциклопедия. 2006. С. 242.
  42. Азатян В.В., Набоко И.М., Петухов В.А., Гусев П.АП., Фортов В.Г., Солнцев О.В. // Докл. РАН. 2004. Т. 394. № 1. С. 61.
  43. Lewis B., Friauf J.B. // J. Am. Chem. Soc. 1930. V. 52. P. 3905.
  44. Семенов Н.Н. Цепные реакции. Ленинград: Госхимтехиздат, 1934. 555 с.
  45. Зельдович Я.Б. // ЖЭТФ. 1940. Т. 10. С. 524.
  46. Зельдович Я.Б. Избранные труды. Москва: Наука, 1984. 374 с.
  47. Von Neumann J. // OSRD. 1942. Rept. № 549.
  48. Doring W. // Ann. Physik. 1943. V. 43. P. 421.
  49. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. Москва: Изд-во АН СССР, 1960. 428 с.
  50. Aldushin A.P. // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1997. V. 173. P. 95.
  51. Нетлетон М. Детонация в газах. Москва: Мир, 1989. 278 с.
  52. Митрофанов В.В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. 199 с.
  53. Азатян В.В., Прокопенко В.М., Абрамов С.К., Смирнов Н.Н. // Докл. РАН. 2017. Т. 472. № 3. С. 295.
  54. Гельфанд Б.Е. // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 5. С. 101.
  55. Азатян В.В. // Кинетика и катализ. 1996. Т. 37. № 4. С. 512.
  56. Азатян В.В., Бакланов Д.И., Гвоздева Л.Г., Логутов Ю.П., Мержанов А.Г., Щербак Н.Б. // Докл. РАН. 2001. Т. 376. № 1. С. 55.
  57. Азатян В.В., Абрамов С.К., Прокопенко В.М., Ратников В.И., Туник Ю.В. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54. № 5. С. 553.
  58. Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. Москва: Гостехиздат, 1955. 268 с.
  59. Азатян В.В., Алымов М.И., Прокопенко В.М., Абрамов С.К., Казанский В.Б. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 4. С. 484.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (91KB)
Indexing metadata
3.

Download (38KB)
Indexing metadata
4.

Download (59KB)
Indexing metadata
5.

Download (42KB)
Indexing metadata
6.

Download (33KB)
Indexing metadata
7.

Download (37KB)
Indexing metadata
8.

Download (66KB)
Indexing metadata
9.

Download (83KB)
Indexing metadata
10.

Download (101KB)
Indexing metadata