КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Ударные волны
Характерным признаком взрыва является образование ударной волны (УВ) в среде, примыкающей к месту взрыва (термин «ударная волна» впервые введен Б.О.Риманом). Причиной возникновения УВ является быстрое расширение (со сверхзвуковой скоростью в данной среде) газов или паров, содержащихся до взрыва или возникших в системе в момент взрыва. Высокая скорость выделения энергии как следствие высоких скоростей изменения состояния вещества и весьма высокое давление (от десятков до сотен тысяч атмосфер) сжатых газов предопределяет особый быстропротекающий разрушительный характер механического действия взрыва. Быстро расширяющиеся сжатые газы взрыва (продукты детонации) вызывают в любой среде (газовой, жидкой, твердой), окружающей заряд ВВ, скачок давления или волну возмущений, которую называют ударной волной. Скорость распространения ударной волны в среде всегда превышает скорость звука данной среды. Линейная зависимость скорости ударной волны от параметров среды записывается следующим образом:
D = C + λu, (1.1)
где D – скорость ударной волны; С – скорость звука в среде; λ – коэффициент (находят в таблицах или определяют экспериментально); u – массовая скорость частиц за фронтом ударной волны. При взрыве одного и того же взрывчатого вещества (ВВ) одинаковой массы в воздухе, воде и в горной породе скорости соответствующих ударных волн и давления будут подчиняться неравенствам:
Dгорн.п.>Dвод.>Dвоздух; Ргорн.п.>Рвод.>Рвоздух. (1.2)
Фронт ударной волны можно представить как поверхность, разделяющую два принципиально различных физических состояния в одной среде: состояния, возникшего в результате прохождения ударной волны, и невозмущенной среды, по которой УВ еще не прошла. Таким образом, фронт УВ, распространяющийся со сверхзвуковой скоростью в среде, представляет поверхность, на которой скачком изменяются давление, температура и плотность.
На некотором расстоянии от заряда ВВ в окружающей среде распространяется ударная волна, которая с расстоянием постепенно вырождается в звуковую, т.е. D → С при u → 0. Ударная волна отличается от упругой тем, что создает поток вещества, следующий за ее фронтом. Расстояние, на котором ударная волна ослабляется до звуковой, в газе намного больше, чем в твердом веществе. При заданном диаметре заряда это расстояние в воздухе составляет несколько десятков и даже сотен диаметров заряда, в воде – около 3 – 5 диаметров, в твердом теле – меньше 2-х диаметров. Условия на фронте ударной волны (часто говорят "на ударном скачке ") особенно удобно записывать в следующем виде:
закон сохранения массы: ρ0/ρ1 = 1 – (u1–u0) / (D – u0), (1.3)
закон сохранения количества движения:
(D – u0)2 = (1/ρ0)2∙(P1 – P0) / [(ρ1 – ρ0) / ρ1∙ρ0], (1.4)
закон сохранения энергии:
E1 – E0 = 0,5∙(P1 + P0)(v0 – v1). (1.5) Здесь индексом "0" и "1" обозначены соответственно параметры невозмущенной среды и величины, характеризующие состояние вещества, сжатого ударной волной. Обычно считается, что невозмущенная среда находится в состоянии покоя. Но при выводе уравнений сохранения массы (1.3), импульса (1.4) и энергии (1.5) предполагалось, что имеется начальная скорость u0. Этот более общий характер решения в некоторых случаях оказывается полезным. Если считать, что невозмущенная среда покоится и u0 = 0, пренебрегая начальным давлением Р0, уравнения (1.3) – (1.5) можно переписать в более удобном для расчетов виде
ρ0 D = ρ1 (D – u1); (1.6)
P1 = ρ1 D∙u; (1.7)
E1 = P1 (v0 – v1), (1.8)
где v0 и v1 соответственно начальный и конечный объем; Е1 – внутренняя энергия; Р1 – давление в среде; v0 = 1/ ρ0; v1 = 1/ ρ1.
Ширина фронта ударной волны в воздухе на уровне моря составляет 0,025 мкм (для сравнения: длина волны в инфракрасной области примерно равна 1 мкм). При распространении ударной волны в любой среде давление, плотность и температура в возмущенной области увеличиваются во много раз. Поэтому люди и животные, попавшие в зону действия ударной волны, гибнут, а сооружения разрушаются. Кроме этого, поток воздуха, возникающий за фронтом ударной волны, также наносит большой ущерб живым организмам и сооружениям. На рис. 1.1. показан профиль ударной волны в координатах давление – расстояние. Если профиль давления ударной волны в среде рассмотреть во времени, то окажется, что Рmax (максимальное давление) падает быстро – обратно пропорционально расстоянию (1/R). На рис. 1.2 представлена схема, изображающая взрыв заряда ВВ в моменты времени t1, t2 и t3. Образовавшийся при взрыве газ "толкает" взрывную волну с крутым фронтом, давление в которой падает с увеличением расстояния. Газ, образовавшийся при взрыве, расширяется до конечного колеблющегося объема, в то время как объем воздуха, охватываемый и нагреваемый ударной волной, растет с увеличением расстояния – ударная волна расходует свою энергию и постепенно затухает.
Рис. 1.1. Профиль давления при взрыве: в зоне разрежения поток вещества направлен в сторону противоположную движению фронта ударной волны, т.е. к источнику взрыва. Стрелками показано направление движения фронта ударной волны и частиц окружающей среды
Избыточное давление (в Па) на фронте ударной волны в воздухе при взрыве наземного заряда ВВ массой q рассчитывают по формуле
Рназ = 105 (, (1.9)
где R – расстояние от заряда до измеряемой точки. Если заряд ВВ взрывается над поверхностью земли, то давление можно найти из следующего выражения Рв = 105 (). (1.10)
Избыточное давление на преграде при отражении ударной волны Ротр легко рассчитать, используя известную формулу
Ротр = 2×РВ + 6×РВ / (РВ + 7∙Р0). (1.11)
где РВ – давление ударной волны в воздухе; Р0 – атмосферное давление или начальное давление в среде.
Рис.1.2. Схематическое изображение взрывов цилиндрического
Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 1013; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |