научная статья по теме ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ЗАЩИТНЫЕ ПЕСЧАНЫЕ ЭКРАНЫ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ Физика

Текст научной статьи на тему «ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ЗАЩИТНЫЕ ПЕСЧАНЫЕ ЭКРАНЫ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ»

ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР, 2015, том 53, № 1, с. 145-147

УДК 533.6011

ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ЗАЩИТНЫЕ ПЕСЧАНЫЕ ЭКРАНЫ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ

© 2015 г. О. А. Мирова, А. Л. Котельников, В. В. Голуб, Т. В. Баженова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур РАН, Москва E-mail: mittelster@gmail.com Поступило в редакцию 24.04.2014 г.

В работе исследовано взаимодействие ударной волны со стенкой, защищенной слоем прессованного песка различной толщины. Песчаный экран располагался на расстоянии 0.1—12 см от торца ударной трубы или глухо прикреплялся к нему. Сравнивалось ослабление отраженной ударной волны при взаимодействии с песчаным экраном в указанных двух случаях.

Б01: 10.7868/80040364415010172

ВВЕДЕНИЕ

Защитные экраны с использованием стенок из влажного песка были предложены в работе [1]. Разрушительное действие взрывной волны при взрыве внутри помещения увеличивается за счет отражения от стен [2]. В работе [3] для ослабления действия отраженной волны было предложено устанавливать внутри помещения защитные экраны из песка на некотором расстоянии от стен. Было показано, что ослабляющее действие на отраженную волну оказывает затрата энергии на разрушение экрана, причем более эффективным является действие более тонкой преграды, так как она разрушается быстрее. В экспериментах на ударной трубе, описанных в работе [3], исследовалось воздействие на преграду взрывной ударной волны с ниспадающим профилем давления за ней, сопровождаемой волной разрежения, отраженной от торца камеры высокого давления. Ослабление отраженной волны происходило под влиянием двух волн разрежения, одна из которых приходит из камеры высокого давления, а вторая является следствием разрушения преграды. Для устранения этой двойственности в данной работе использовалась удлиненная камера высокого давления, волна разрежения из которой не успевала догнать ударную волну на протяжении эксперимента. Профиль давления за ударной волной в этом случае постоянный (стационарная ударная волна). В работе исследовано взаимодействие отраженной стационарной ударной волны с песчаными экранами различной толщины и дан анализ причин ослабления отраженной ударной волны.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Для создания ударной волны использовалась ударная труба, состоящая из камеры высокого давления, секции диафрагм Э, камеры низкого давления, исследовательских секций ИС1—ИС3. Камеры высокого и низкого давления изготовлены из нержавеющей стали и имеют квадратное сечение 72 х 72 мм. Для создания стационарной ударной волны использовалась камера высокого давления длиной 1 м. В этом случае волна разрежения не успевала догнать ударную волну в пределах времени наблюдения и за ней создавался постоянный профиль давления. Длина камеры низкого давления составляла 5 м.

Перед каждым экспериментом в сечении 2 устанавливалась медная диафрагма с крестообразными насечками, толщина которой была подобрана таким образом, чтобы получить ударную волну с числом Маха около 1.7. В камере низкого давления находился воздух при атмосферном давлении. Камера высокого давления наполнялась воздухом до давления в 15 атм, при котором про-

6 7 8

2 9

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 — камера высокого давления; 2 — секция диафрагм; 3 — камера низкого давления; 4 — исследовательская секция ИС1; 5 — исследовательская секция ИС2; 6—8 — датчики давления; 9 — исследуемый образец, стенка из прессованного песка.

10

145

146

МИРОВА и др.

P, атм 12

10 8

2 -

1000

2000

3000

4000 t, мкс

Рис. 2. Осциллограммы давления за "длинной" ударной волной, отраженной от закрытого конца камеры ИС1 (датчик G3): 1 — отражение ударной волны от стального торца камеры; 2, 3 — от торца исследовательской камеры, защищенного слоем прессованного песка толщиной 50 мм (2) и 5 мм (3). Запись сигнала производилась начиная с момента прибытия ударной волны к месту расположения датчика.

K

1.2

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0

□ п

и и V

- 41 то

-

о 1

' О7 □ 2

i i i 1 V 1 3 i

10

20

30

40

50

h, мм

Рис. 3. Сравнение коэффициентов уменьшения импульса давления: 1 — коэффициенты ослабления ударной волны, отраженной от слоя песка толщиной к, придвинутого вплотную к стенке (кривая — аппроксимация этих данных), 2 — коэффициенты ослабления ударной волны, отраженной от слоя песка толщиной к, глухо прикрепленного к стенке, 3 — коэффициенты ослабления взрывной ударной волны, отраженной от слоя песка толщиной к, свободно расположенной в канале [3].

6

4

0

0

исходил разрыв диафрагмы и в камере низкого давления начинала распространяться ударная волна.

За камерой низкого давления находились исследовательские секции ИС1 и ИС2. В стенке исследовательской секции ИС1 устанавливались датчики давления G1, G2 и G3. Датчик G1 использовался для запуска осциллографа. Датчики G2 и G3 служили для измерения скорости падающей ударной волны, а также для измерения давления за падающей и отраженной волнами. Относительная погрешность в измерении скорости ударной волны составляла 4.5%.

Исследуемый образец помещался непосредственно на торец ИС2. Анализировалось действие защитного слоя, не прикрепленного к стенке, и защитного слоя такой же толщины, глухо прикрепленного к стенке (образец прессовался и высушивался непосредственно на торце трубы).

В исследовательской секции ИС2 устанавливались преграды различной толщины из прессованного природного песка (плотность — 1.8 г/см-3, прочность на сжатие — 0.5 кг/см2).

Генерируемые сигналы с датчиков поступали на цифровой осциллограф Tektronix TDS 3014B.

РЕУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

На рис. 2 представлены осциллограммы давления за стационарной ударной волной, отразившейся от закрытого торца камеры ИС2, защищенного слоями прессованного песка различной

толщины. Сравнивались случаи, когда стальной торец был защищен или не защищен слоем песка. В исследуемом диапазоне параметров амплитуды давления за ударной волной, отразившейся от торца, защищенного слоем песка, незначительно меньше, чем за ударной волной, отразившейся от стальной пластины, но за пиком давление спадает быстрее в случае отражения от торца, покрытого слоем песка.

Осциллограммы давления использовались для вычисления импульса давления отраженной ударной волны I = где время ? измерялось от момента прихода отраженной ударной волны к месту расположения датчика 03 до ? = 4000 мкс. На рис. 3 представлено сравнение зависимостей коэффициента ослабления импульса давления К = 15/1К от толщины слоя песка х. Здесь 15 — импульс давления за ударной волной, отраженной от торца секции ИС3, который защищен слоями песка различной толщины к; 1К — импульс давления за ударной волной, отразившейся от незащищенного стального торца.

Коэффициент ослабления импульса давления К за отраженной ударной волной снижается с уменьшением толщины слоя песка, не прикрепленного к стенке. Защитный слой такой же толщины, прикрепленный к стенке, не разрушается и не оказывает ослабляющего действия (К = 1 на рис. 3).

ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР том 53 № 1 2015

ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ЗАЩИТНЫЕ ПЕСЧАНЫЕ ЭКРАНЫ

147

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

На ослабление отраженной от экрана ударной волны могут оказывать влияние два фактора: затухание ударной волны при прохождении слоя песка и потери энергии, затраченной на разрушение защитного слоя.

Ударная волна при отражении от тонкой неприкрепленной песчаной стенки ослабляется больше, чем при отражении от толстой стенки как в случае с плоским, так и в случае с ниспадающим профилем (рис. 3). В упомянутых двух случаях выход ударной волны на свободную поверхность сопровождался образованием волны разрежения, в отличие от случая с прикрепленной песчаной стенкой. Защитный слой, прикрепленный к стенке, не разрушается. В случае, когда песчаная стенка прикреплена к торцу ударной трубы, происходит отражение ударной волны от жесткой стенки и волна разрежения не возникает. Затухание ударной волны при прохождении слоя песка не оказывает ослабляющего действия на отраженную волну.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эксперименты показали, что ослабление волны, отраженной от стенки, тем больше, чем мень-

ше толщина защитного слоя, свободно прислоненного к стенке. Защитный слой такой же толщины, прикрепленный к стенке, не оказывает ослабляющего действия. На основании полученных данных сделан вывод, что ослабление отраженной ударной волны происходит не в результате затухания ударной волны при прохождении слоя песка, а в результате потерь энергии, затраченной на разрушение защитного слоя, которое происходит быстрее при взаимодействии с тонкой стенкой, не прикрепленной к торцу ударной трубы.

Было обнаружено, что изменение расстояния между задней стенкой песчаного экрана и торцом ударной трубы в пределах от 0.1 до 12 см не оказывает заметного влияния на эффект.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Покровский Г.И. Взрыв. М.: Недра, 1980. 190 с.

2. Онуфриев С.В. Температура продуктов взрыва водо-родовоздушной смеси в конической полости // ТВТ. 2012. Т. 50. № 2. С. 264.

3. Баженова Т.В., Голуб В.В., Мирова О.А., Котельников А.Л., Ленкевич Д.А. Ослабление действия отраженной ударной волны при взрыве внутри объема со стенками из гранулированного материала // ТВТ. 2012. Т. 50. № 3. С. 476.

ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

том 53

№ 1 2015 10*

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»