Condición de Chapman-Jouguet
La condición de Chapman-Jouguet se mantiene aproximadamente en ondas de detonación en explosivos de alta potencia . Afirma que la detonación se propaga a una velocidad a la que los gases que reaccionan apenas alcanzan la velocidad sónica (en el marco de la onda de choque principal ) cuando cesa la reacción. [1] [2]
David Chapman [3] y Émile Jouguet [4] originalmente (c. 1900) establecieron la condición para una detonación infinitesimalmente fina. Una interpretación física de la condición se basa generalmente en el modelo posterior (c. 1943) de Yakov Borisovich Zel'dovich , [5] John von Neumann , [6] y Werner Döring [7] (el llamado modelo de detonación ZND ) .
Más detalladamente (en el modelo ZND) en el marco del choque principal de la onda de detonación, los gases entran a una velocidad supersónica y se comprimen a través del choque a un flujo subsónico de alta densidad. Este cambio repentino de presión inicia la liberación de energía química (o, a veces, como en las explosiones de vapor , física). La liberación de energía vuelve a acelerar el flujo de regreso a la velocidad local del sonido. Puede demostrarse de manera bastante simple, a partir de las ecuaciones de gas unidimensionales para flujo estable, que la reacción debe cesar en el plano sónico ("CJ"), o habría gradientes de presión discontinuamente grandes en ese punto.
El plano sónico forma un llamado punto de estrangulamiento que permite que el choque principal y la zona de reacción viajen a una velocidad constante, sin ser perturbados por la expansión de los gases en la región de enrarecimiento más allá del plano CJ.
Este sencillo modelo unidimensional es bastante exitoso para explicar las detonaciones. Sin embargo, las observaciones de la estructura de detonaciones químicas reales muestran una estructura tridimensional compleja, con partes de la onda viajando más rápido que el promedio y otras más lentas. De hecho, esas ondas se apagan a medida que se destruye su estructura. [8] [9] La teoría de la detonación de Wood-Kirkwood puede corregir algunas de estas limitaciones. [10]
La ecuación de la línea de Rayleigh y la ecuación de la curva de Hugoniot obtenidas de las relaciones de Rankine-Hugoniot para un gas ideal , con el supuesto de calor específico constante y peso molecular constante, respectivamente, son
