deflagrasjon

Enkelte kjemiske stoffer eller stoffblandinger er sammensatt på en slik måte at de inneholder betydelig med kjemisk energi som potensielt kan frigjøres i kjemiske reaksjoner som er sterkt eksoterme (varmeavgivende).

Hvis slike materialer tilføres tilstrekkelig med aktiveringsenergi, for eksempel gjennom oppvarming, vil de eksoterme reaksjonene som settes i gang kunne bre om seg i uberørt materiale på to fundamentalt forskjellige måter. Man skiller i denne sammenhengen mellom såkalt deflagrasjon og detonasjon.

De kjemiske reaksjonene som finner sted i begge disse to typene av prosesser har som regel betydelige likheter med de kjemiske reaksjonene som finner sted i en forbrenning, men de trenger ikke nødvendigvis å være av helt samme type.

Evne til deflagrasjon og detonasjon er ikke nødvendigvis konstante egenskaper for et gitt stoff eller stoffblanding. Samme stoff eller blanding kan deflagrere under noen forhold, og detonere under andre. For eksempel vil nitroglyserin i dynamitt detonere ved bruk av sprenghette, mens det samme stoffet vil deflagrere som del av et fast rakettdrivstoff i en faststoffmotor.

I en deflagrasjon, som er den vanligste av de to prosessene nevnt over, vil de eksoterme kjemiske reaksjonene bre seg sjiktvis utover (i parallelle sjikt) gjennom det uberørte materialet gjennom varmeoverføring. Dette foregår gjennom varmeledning, konveksjon og varmestråling.

I deflagrasjon er energiutviklingen tilstrekkelig til at reaksjonen sprer seg uten tilførsel av energi fra andre kilder. Forbrenningsgassene strømmer bort fra grenseflaten for det intakte materialet, og gassene har lavere densitet enn dette materialet. En deflagrasjon forplanter seg i alltid i subsonisk hastighet, altså en hastighet som er lavere enn lydhastigheten i det uberørte materialet.

Forbrenning i forbrenningsmotorer, der drivstoff er blandet opp med luft og antent, er deflagrasjoner. Krutt og pyrotekniske stoffer vil som regel også omsettes gjennom deflagrasjon, men her trengs ingen tilførsel av luft fordi oksidasjonsmidler allerede befinner seg i blandingen.

Dersom stoffene som er i deflagrasjon er faste eller flytende, vil det foregå en spalting og forgassing i brennflaten (grenseflaten). På baksiden av brennflaten blandes gassene, og lenger bak dannes en flammesone der reaksjonen blir fullendt. Denne mekanismen er sentral for omsetning av krutt i raketter, kanoner og skytevåpen.

Når det omgivende trykket øker, vil flammesonen rykke nærmere brennflaten. Derved øker også varmestrålingen tilbake til intakt stoff, og hastigheten til deflagrasjonen (brennhastigheten) tiltar. Dette betyr at omsetningen av både rakettkrutt og ammunisjonskrutt er sterkt trykkavhengig – høyt trykk gir høy brennhastighet.

Rakettmotorer opererer typisk i et trykkområde som kan være opp til noen få hundre bar. I kanoner og skytevåpen kan derimot trykket komme opp i så høyt som flere tusen bar. Dette gjør også at kruttet i disse omsettes langt raskere enn det gjør i rakettmotorer.

Gassutviklingen i en deflagrasjon er proporsjonal med tilgjengelig brennflate. For faste stoffer, som krutt, kan man derfor styre gassutviklingen og omsetningen av kruttet ved å gi kruttkornene en egnet overflate og form. Dette fordi kruttet brenner fra overflaten og innover. Dette prinsippet utnyttes både i utformingen av faststoffmotorer og i krutt som brukes som drivladning til ammunisjon.

Deflagrasjon kan startes ved lokal opphetning av et lite volum eller en flate, for eksempel gjennom stikkflammen fra et tennmiddel. Under visse forhold kan deflagrasjon gå over til detonasjon.