О ВОЗДЕЙСТВИИ ПОСТДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН НА ТВЕРДУЮ СТЕНКУ

Гималтдинов И.К.¹, Арсланбекова Р.Р.²

¹Доктор физико-математических наук, профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет, ²Магистрант, Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета

О ВОЗДЕЙСТВИИ ПОСТДЕТОНАЦИОННЫХ ВОЛН НА ТВЕРДУЮ СТЕНКУ

Аннотация

В работе теоретически исследован переход детонационной волны через границу «химическая активная пузырьковая смесь – вода» и ее отражение от жесткой стенки.

Ключевые слова: детонационная волна, взрывчатая смесь, пузырьковая жидкость.

 

Gimaltdinov I.K.¹, Arslanbekov R.R.²

¹ PhD in Physics and Mathematics, Ufa State Petroleum Technical University, ² undergraduate, Sterlitamak Branch of the Bashkir State University

THE IMPACT OF POSTDETONATION WAVE ON A RIGID WALL

Abstract

In the work the transition of the detonation wave across the border "chemically active bubble mixture – water" and its reflection from a rigid wall are studied theoretically.

Key words: detonation wave, the explosive mixture, bubbly liquid.

Исследованию детонационных волн в пузырьковой жидкости посвящено много работ [1, 2], но данная тема до сих пор остается актуальной [3, 4, 5, 6].

Рассмотрим процесс распространения волны детонации через границу «химически активная пузырьковая смесь – вода», удар постдетонационной волны об жесткую стенку и ее отражение.

Для решения задачи примем систему уравнений и методику численных расчетов приведенную в [4].

Пусть первая зона расчетной области заполнена водоглицериновым раствором с пузырьками взрывчатого газа – ацетиленокислородная стехиометрическая смесь C₂H₂ + 2.5O₂ (). Данная смесь часто была использована в экспериментальных работах А.В. Пинаева и А.И. Сычева [1, 2]. Вторая зона расчетной области заполнена водой ().

Полагаем, что температура газа внутри пузырьков при достижении некоторого значения  мгновенно изменяется на величину , соответствующую теплотворной способности газа, вследствие чего давление в газе и в жидкости повышается. Физически это соответствует тому, что период индукции химических реакций значительно меньше характерного времени пульсации пузырьков [3].

Начальные условия запишутся в виде: при ,

 

  

Граничное условие примет вид:

где  – амплитуда давления,  – характерная протяженность импульса.

Рис. 1. Динамика волны детонации при переходе границы «химически активная пузырьковая смесь – вода» и при ударе об стенку расчетной области. ,  мм,  кг/м³,  Дж/(м·с·град), ,   Дж/(кг·град),  К,  К,  кг/м³,  м/с,  атм., атм. Стрелками у кривых обозначено направление распространения волны, а цифры у кривых соответствуют моментам времени.

На рис.1 представлена динамика волны детонации при переходе границы «химически активная пузырьковая смесь – вода» и при ударе об стенку расчетной области. В первой зоне расчетной области в моменты времени 0.2, 0.4 и 0.6 мс формируются уединенные детонационные волны амплитудой равной 100 атм, скорость которых остается постоянной и равна 650 м/с. Видно, что форма волны также не меняется. После перехода во вторую зону амплитуда волны повышается до 180 атм и не меняется с течением времени, это видно из эпюр соответствующих момент времени 0.8, 0.9 и 1 мс, далее волна распространяется со скоростью 1455 м/с. Это происходит из-за различных акустических характеристик рассматриваемых областей. После удара об стенку расчетной области, которая находится на расстоянии 0.9 м, волна отразилась в противоположную сторону и распространяется с амплитудой около 200 атм.

Рис. 2. Расположение датчиков на расчетной области и их показания: D1 – в химической активной пузырьковой жидкости, D2 – в воде, D3 – на твердой стенке. Параметры такие же как на рис. 1.

На рис. 2 показано расположение датчиков на расчетной области и их показания. Датчик D1, расположенный в химической активной пузырьковой жидкости на расстоянии 0.2 м от начала расчетной области, регистрирует показания детонационной волны. На расстоянии 0.5 м от датчика D1, в области, которая занята водой, расположен датчик D2. Он фиксирует измерения постдетонационной волны, которая распространяется слева направо (рис.1), и отраженной волны, движение которой происходит справа налево (рис.1). Датчик D3, расположенный на жесткой стенке, фиксирует давление при ударе постдетонационной волны об стенку.

Из рис. 2. следует, что при ударе об жесткую стенку амплитуда волны увеличивается и достигает 360 атм (датчик D3). Также по показаниям датчика D2 видно, что после удара происходит уменьшение амплитуды волны.

Заключение

Исследована динамика движения волны детонации через границу «химически активной пузырьковой жидкости – вода». Рассмотрен процесс удара постдетонационной волны об жесткую стенку и её отражение.

Литература

1. Пинаев А.В., Сычев А.И. Структура и свойства детонации в системах жидкость-пузырьки газа. // Физика горения и взрыва. – 1986. – Т.22. №3. – С. 109-118.
2. Сычев А.И. Переход волны пузырьковой детонации в химически неактивную пузырьковую среду // Физика горения и взрыва. – 2001. Т.37. № 4. – С. 96–99.
3. Баязитова А.Р., Гималтдинов И.К., Кучер А.М., Шагапов В.Ш. Динамика детонационных волн в кольцевом слое круглой трубы // Механика жидости и газа. – 2013. – №2. – С. 70-81.
4. Гималтдинов И. К., Кучер А. М. Детонационные волны в многокомпонентной пузырьковой жидкости // Теплофизика высоких температур. – 2014. – Т. 52, №3. – С. 423–428.
5. Лепихин С.А., Галимзянов М.Н., Гималтдинов И.К. Инициирование детонационных волн в каналах переменного сечения, заполненных жидкостью с пузырьками горючего газа // Теплофизика высоких температур. – 2010. – Т. 48, № 2. – С. 234-240.
6. Баязитова A.Р., Гималтдинов И.К., Шагапов В.Ш. Волны давления в трубе, заполненной пузырьковой смесью с неоднородным распределением по сечении // Механика жидкости и газа. – 2006. – № 3. – С. 67-78.

References

1. Pinaev A.V., Sychev A. I. Structure and properties of detonation in the systems liquid-gas bubbles. // Physics of combustion and explosion. – 1986. – T. 22. № – S. 109-118;
2. Sychev A. I. The transition of the bubble detonation wave in a chemically inactive bubble medium // Physics of combustion and explosion. – 2001. – T 37. № – S. 96-99;
3. Bayazitova A. R., Gimaltdinov I. K., Kucher A. M., Shagapov V. Sh. Dynamics of detonation waves in an annular layer of a round pipe // Fluid Dynamics. – 2013. – № – S. 70-81;
4. Gimaltdinov I. K., Kucher A. M. Detonation waves in a multicomponent bubble liquid // High Temperature. – 2014. – T. 52, № – S. 423-428;
5. Lepikhin S. A., Galimzyanov M. N., Gimaltdinov I. K. Initiation of detonation waves in channels of variable cross section filled with liquid with combustible gas bubbles// High Temperature. – 2010. – T. 48, № – S. 234-240;
6. Bayazitova A. R., Gimaltdinov I. K., Shagapov V. Sh. Pressure Waves In A Tube Filled With A Bubbly Mixture With A Nonuniform Cross-Sectional Bubble Distribution // Fluid Dynamics. – 2006. – № – S. 67-78.