Работа и разрушающее действие взрыва Лекция 15 по теории горения и взрыва
Повышение давления в зоне реакции является не только причиной разрушительного действия взрывов, но и обеспечивает возможность распространения взрывного процесса в наиболее высокоскоростной и, значит, самой опасной форме детонации. Давление, развивающееся при взрыве газа в собственном объеме: где Рвзр – давление взрыва; Твзр – температура взрыва; Р 0 и Т 0 – начальное давление и температура системы, m и n – число молей газообразных веществ, соответственно, в продуктах реакции и исходной системе.
При обычных начальных условиях (атмосферное давление и комнатная температура) и температуре взрыва 3000 К оценочное значение давления взрыва газовоздушных систем составляет 1 МПа, что достаточно для разрушения самых прочных зданий и смертельного поражения человека. При взрыве конденсированных систем развиваются давления на три-четыре порядка выше, так как уже при превращении конденсированного вещества в газы в собственном объеме давление возрастает приблизительно в 1000 раз, а вещество, кроме того, подвергается предварительному сжатию во фронте детонационной волны, и продукты его превращения разогреваются выделяющейся теплотой.
Основные свойства ударных волн Давление во фронте ударных волн изменяется скачком от Р 0 до Р 1 и затем будет падать. За фронтом сжатия в ударной волне идет фронт разряжения, причем время воздействия фронта разряжения значительно меньше, чем время воздействия фронта сжатия.
Разрушающее действие сильных ударных волн определяется перепадом давления. Разрушающее действие более слабых ударных волн определяется импульсом: из выражений если в подставим , затем преобразуем и заменим тогда преобразуем:
Ударная волна по пути распространения будет взаимодействовать с препятствиями (со стенками), к препятствию, как правило, подходит уже ослабленная ударная волна, потому что: волна имеет сферический характер и распространяется в виде сферы, что определяет падение давления во фронте ударной волны; происходит детонация энергии во фронте ударной волны (потеря энергии на разогрев среды); высокие температуры среды могут привести к диссоциации и ионизации молекул воздуха, это приводит к ослаблению ударных волн.
При взаимодействии ударной волны с не разрушающимся препятствием происходит отражение ударной волны, причем давление в отраженных волнах может возрастать в 8 и более раз, по сравнению с падающей волной (на каждом препятствии отражается волны с большим давлением). Отражение (а) и сложение (б) ударных волн при взаимодействии с неподвижным препятствием.
Параметры отражения волн (ΔРотраж) зависят от параметров падающей волны. Иногда наблюдается двухи трехкратное отражение волн. ΔРотр – избыточное давление во фронте отраженной волны; если Р 0 =1 кг/см 3 и с. Р/c. V=1, 4 ΔРотр≈8ΔР 1 , получаем уравнение: Для сильных ударных волн ΔР 1 » Р 0, ΔР 1 » 7.
При встрече ударных волн фронт встречных ударных волн, выполняет роль препятствия. При взаимодействии ударных волн под определенным углом возникает импульсный эффект. При падении косой ударной волны – взаимодействие ударной волны с препятствием. Взаимодействие ударной волны с препятствием; где п – падающая волна; о – отражающая волна; φ – угол падения.
Область, где выполняются законы отражения, называются областью зеркального отражения. На большом расстоянии отраженная волна распространяется в среде сжатой падающей волной с большей скоростью и догоняет предыдущую волну. Отраженная волна будет догонять падающую волну, взаимодействовать с ней слагаясь, угол будет увеличиваться, т. к. увеличивается плотность среды. Волна превращается в плоскую волну и становится перпендикулярно поверхности (головная волна). При обтекании поверхности увеличивается давление. Взаимодействие ударной волны определяется давлением, импульсом в зависимости от формы ударной волны или совокупностью этих факторов.
Форма ударной волны зависит от времени воздействия на препятствие (глубина ударных волн) и от: 1) скорости выделения энергии в источнике взрыва; скорости детонации разные, разные плотности в разных системах зависят от плотности вещества; скорости детонации (т. к. разные формы фронта и чем меньше скорость детонации и плотность среды, тем больше растягивается фронт, при этом увеличивается импульс и давление). 2) размеров взрывчатой системы (чем больше облако при взрыве, тем больше импульс и волна; 3) расстояния от места взрыва (по мере удаления от места взрыва волна растягивается).
При уменьшении давления увеличивается импульс по мере распространения ударной волны. Три области взаимодействия ударной волны с препятствиями: импульсный режим взаимодействия; практически перестает меняться давление квазистатических взаимодействий; динамическое взаимодействие. Области характеризуются различным временем взаимодействия ударной волны с препятствием. Результат взаимодействия зависит от: параметров волны, соотношения между временем действия волны и временем действия реакции препятствия на воздействие волны. При импульсном режиме основным поражающем фактором является импульс волны (время взаимодействия значительно меньше времени реакции, поэтому нет мгновенного разрушения). Поражающий фактор определяется временем взаимодействия и изменения давления (взаимодействия и реакции приблизительно равны, время реакций равно времени собственных колебаний). Величина изменения давления (ΔР) определяется возможностью разрушения, при этом импульс практически не меняется Диаграмма зависимости давления во фронте взрыва: 1 – область безопасных разрушений; 2 – область средних разрушений; 3 – окончательное разрушение Изменения давления в зоне взрыва в течение времени.
Законы подобия при взрыве служат для того, чтобы связать избыточное давление во фронте ударной волны с ее расстоянием от эпицентра взрыва. Иногда в зону взаимодействия ударных волн могут попадать склады с токсичными веществами, поэтому возможно загрязнение окружающей среды. Теория подобия позволяет оценить опасность и границы опасных зон. Геометрический закон подобия: где а – коэффициент; r – радиус взрывчатой системы; ΔР 1 – изменение давления; R 1 – расстояние от эпицентра взрыва. Исходя из геометрической теории подобия Эта теория пригодна только для взрывов одной и той же системы, при одинаковой начальной плотности (газовые системы).
Обобщенная геометрическая теория подобия (для одной газовой смеси, но при разных начальных плотностях). где c – масса взрывчатой системы. Приведенное расстояние: Для взрывчатых систем с одинаковой массой при одинаковом приведенном расстоянии должно быть одинаковое давление во фронте ударных волн.
3. Энергетическая теория подобия. Она учитывает выделение энергии при взрыве: где Q – теплота взрыва. Обычно энергия взрыва оценивается его тротиловым эквивалентом: где Q 1 – теплота взрыва 1 кг тротила (4520 к. Дж/кг).
Скачать презентацию Работа и разрушающее действие взрыва Лекция 15 по
лекция 15 по теории горения и взрыва ДБЖ-09.ppt