Influence de la cinétique chimique sur la structure des détonations : cas du bioxyde de chlore

Centre de Recherches sur la Chimie de la Combustion et des Hautes Températures, C.N.R.S., Unité liée par convention à l'Université, 1C avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France

Résumé

Une méthode d'étude applicable à de petites molécules très instables est proposée pour établir un lien entre la cinétique chimique et la structure des détonations. L'étude type ici décrite, réalisée avec le bioxyde de chlore, consiste à soumettre le gaz à une onde de choc et à observer son évolution par différentes techniques d'analyse. Les mesures par ombroscopie laser permettent de formuler les temps de relaxation vibrationnelle τv de ClO2 en fonction de la pression, de la température et de la dilution. On déduit, des mesures spectroscopiques, un mécanisme réactionnel validé dans un large domaine de pression et de température par la détermination des délais d'auto-inflammation τi derrière le choc réfléchi. A partir de τi est estimée la distance d'induction à la réaction explosive dans l'onde de détonation, définie sur les bases du modèle de Zeldovich- von Neumann-Döring. Cette distance d'induction fictive Δi est comparée à la largeur moyenne λ des cellules de détonation visualisées sur une paroi enduite de suie par les traces de collisions de points triples. τ i est généralement négligeable devant τv et l'on trouve que le rapport λ/Δi, pratiquement indépendant de la pression initiale, est voisin de 6.

Abstract

An investigation applied to small and unstable molecules has been proposed in order to establish a correlation between chemical kinetics and detonation structure. The present study illustrated by chlorine dioxide thermal decomposition consists in submitting the explosive gas to a shock wave and observing its evolution with various diagnostics. Laser schlieren measurements give a formulation of ClO2 vibrational relaxation times τv in function of pressure, temperature and dilution. A reaction mechanism has been deduced from spectroscopic measurements and validated in a large range of initial conditions from the determination of autoignition delays τ i behind the reflected shock. An induction distance for the explosive reaction in the detonation wave, as defined in the model of Zeldovich, von Neumann and Döring, has been estimated from the autoignition delay. This induction distance Δ i is compared to the mean size λ of the detonation cells, visualized by the traces left by the triple point collisions on the soot-coated tube wall. τi is generally found to be negligible towards τ v and the ratio λ/Δi to be close to 6, independently of the initial pressure.