1.3.3 Механизм передачи взрывного превращения по вв

В передаче горения по заряду ВВ определяющую роль играют законы теплопроводности, в передаче взрыва ударная волна. При взрыве имеют место следующие явления: очередной слой газообразного или конденсированного ВВ подвергается очень резкому удару со стороны продуктов разложения предыдущего слоя, имеющих весьма высокое давление. Быстрое и сильное сжатие вызывает нагрев ВВ до высокой температуры, при которой реакция его разложения идёт с высокой скоростью. Теплота, выделяющаяся при этой реакции, обеспечивает поддержание энергии ударной волны, которая сжимает следующий слой ВВ. Таким образом, взрывное превращение распространяется как совокупность последовательных явлений: механических (удар), физических (нагрев) и химических (реакция разложения).

Скорость распространения такого процесса по ВВ определяется скоростью распространения ударной волны в данном веществе и составляет несколько километров в секунду.

Такой вид взрывного превращения характерен для детонации.

2 Коллоквиум

2 Теория ударных волн

2.1 Общие сведения об ударной волне

Ударная волна – это область сжатия с резким скачком давления, плотности и температуры на переднем фронте, распространяющаяся в среде со сверхзвуковой скоростью.

Ударные волны возникают при взрыве и могут распространяться в любых средах: воздухе, воде, грунте, бетоне, металле и прочее. Наиболее важным и изученным является случай ударной волны в воздухе.

Простейшим примером воздушной ударной волны может послужить распространения волн сжатия цилиндра с поршнем. При сжатии слой газа будет сжимать прилегающие слои. От поршня пойдет волна сжатия. Распределение давления вдоль оси трубы можно представить следующим образом:

.

∆р = р₁ – р₀

Рисунок 5 – Распространение волны сжатия в поршне

Волна давления распространяет вдоль трубы со скоростью равной местной скорости звука. При сжатии газ нагревается, и скорость в нем становится больше, чем в невозмущенном газе. По мере распространения волны фронт ее становится все круче и, наконец, обращается в «поверхность разрыва». На этой поверхности имеет место резкое скачкообразное изменение параметров состояния газа (давление, плотность, температура, скорость движения), то есть имеет место ударная волна.

В момент прихода ударных волн в данную точку пространства давление скачком повышается от значения (исходное) до на фронте ударной волны.

Теория ударных волн (УВ) была создана еще во второй половине XIX века. Немецкий ученый Георг Риман (1826–1866) ввел понятие о плоских ударных волнах (1860) имевшее определенное значения в теории взрыва.

Идеи И.М.Чельцова о взрыве как об адиабатическом процессе, а также теоретическое измерение работы взрыва оказали весомое влияние на теорию. Позднее над теорией ударных волн работали А.Г. Гюгоньо в 1882 году и А.В. Сапожников (1868–1935 гг.).

Н асколько резким является этот скачок видно из того, что у весьма сильных ударных волн переход от к совершается на расстоянии нескольких длин свободного пробега молекул:

Рисунок 6 – Графическая зависимость избыточного давления ударной волны ∆р во времени (экспериментальные данные)

За фронтом ударной волны давление быстро падает и по прошествии времени становится равным р₀, а далее становится еще ниже; в точке фаза сжатия сменяется фазой разряжения. Во фронте ударной волны вещество в данной точке пространства начинает двигаться со скоростью в направлении распространения волны. Возникновение своеобразного «ветрового» потока – характерная особенность ударных волн. За фронтом волны скорость потока снижается. Фронт ударной волны распространяется со скоростью D, которая превышает скорость потока вещества , а так же скорость звука в среде .В отличие от они являются переменными; по мере распространения и ослабления ударной волны они уменьшаются. В пределе, на очень больших расстояниях превращается в акустическую; скорость распространения стремится к скорости звука и скорость потока стремится к нулю, то есть .

На модели ударной волны в виде поршня можно рассмотреть некоторые ее свойства.

Для того чтобы движущейся поршень мог создать ударную волну, скорость его должна быть достаточно большой, но не обязательно сверхзвуковой. При движении поршня со скоростью м/с избыточное давление на фронте ударной волны будет порядка 0,25 кг/см².

Рисунок 7 – Распространение ударной волны по длине поршня

и во времени

При движении поршня толчками запись в каком-либо сечении трубы будет иметь вид а) (рисунок 8).

Сжатый газ нагревается, и скорость распространения возмущений в нем увеличивается. Поэтому при скорость волны идущей по сжатому газу D_{2 1} идущей по невозмущенному газу. Таким образом, D₃ D₂ D₁ и задние скачки волны, догнав передние, образуют одну мощную ударную волну.

а , б, в) – кривые распределения давления по длине трубы

Рисунок 8 – Образование ударной волны поршнями,

ускоряющимися толчками

Рисунок 9 – Изменение давления во времени в точке трубы

В более плавном режиме сжатия ударная волна трансформируется.

Рисунок 10 – Трансформация плавной волны сжатия

в ударную волну

При взрыве газообразные продукты играют роль трехмерного поршня. Этот трехмерный поршень движется от центра взрыва к периферии. Для решения некоторых задач, важно знать до какого расстояния продолжается поршневое действие продуктов взрыва. С помощью модели удалось установить, что ударная волна отрывается от продуктов взрыва не внезапно, а постепенно на расстоянии порядка 8−15 радиусов заряда. Давление на фронте ударной волны на этом расстоянии достаточно велико: около 10−20 кг/см², D = 1000–1400 м/с и скорость потока за ее фронтом м/с.

А.В. Сапожников (1868–1935 гг.) изучал кинетику термического распада ВВ и свойств УВ определил исходные положения для расчета безопасных расстояний.