Я.Б. Зельдович - Теория ударных волн и введение в газодинамику (1123908), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Введение Важнейшей областью применения теории ударных волн является взрыв и действие взрывчатых веществ. Взрыв представляет собой быструю химическую реакцию, при которой вврывчатое вещество полностью или частично превращается в газ более или менее высокой температ ры. зависимости от состава и состояния вещества, от условий, в которых взрыв имеет место, н от условий, вызывающих взрывг химическая реакция протекает по-разному, с различной скоростью.
Только чрезвычайно быстрая химическая реакция приводит к появлению больших разностей давления и распространению ударных волн, составляющих отличительную особенность вартана.х Поэтому нас интересует вопрос о скорости химической реакции. Всякое практическя применяемое взрывчатое вещество является при комнатной температуре химически инертным; химическая реакция, взрыв, наступает лишь после зажигания (ишщиирования) взрывчатого вещества. Как правило, зажигание является относительно заряда взрывчатого вещества локальным (местным). Исследуемые сложные процессы приводят к тому, что химическая реакция в одном слое возбуждает химическую реакцию в соседнем слое и т. д.
Результатом является распространение химической Реакции с определенной линейной скоростью (размерность ско- г Мы не рассматриваем здесь того случая, когда реагирующее вещество звкЛючено в герметичную нрочную оболочку; в такой оболочис дане медленная химнческан резания, сонровоядающаяся выделением газа, разовьет высокое давление, ограниченное нрочностью сосуда. Разрыв сосуда высокого давленая внешне во многих отношениях напоминает взрыв, во детали втого иропесса, зависящие от свойства материала, нз которого изготовлен сосуд, я его конструнпии, яе интересуют яас.
142 рости — длина ерема х) по пространству, занятому взрывчатым веществом.' Возникают два вопроса: об условиях и скорости распространения реакции и о распределении давления и других величии в пространстве к моменту окончания реакции. Теоретическое рассмотрение этих вопросов выходит за рамки настоящей книги. Опыт показывает, что в сильных взрывчатых веществах (сокращенно ВВ) современной техники скорость распространения реакпии достигает нескольких тысяч метров в секунду и превосходит скорость звука в этих веществах. Благодаря этому при центральном зажигании внешние части заряда ВВ не успевают сдвинуться с занимаемых ими мест до окончания взрыва. Средняя плотность газообразных продуктов взрыва (сокращенно ПВ) равна начальной плотности ВВ. Средняя температура ПВ, в зависимости от типа ВВ, колеблется в пределах 1500 — 4000о К.
Средним значениям: плотности 1.3, температуре 3000о К и молекулярному весу ПВ 25 отвечало бы по закону Клапейрона, давление Р— 272 ° 2 — — 13 000 атм. 13 ° 2000 ° 22 400 В действительности, по причине отступлений газа от идеальности, среднее давление в несколько раз выше; к тому же распространение реакции приводит к неравномерному распределению давления в объеме, занятом ПВ; часть ПВ находится в дзиженин; неравномерность и движение ПВ понятны, если учесть, что различные частицы ВВ реагируют в различные моменты времени, так что история нх различна. Рассчитанное с учетом этих обстоятельств максимальное давление ПВ достигает 100-400 тыс. атм. К моменту окончания реакции ПВ, состояние которых описано выше, окружены невозмущенной атмосферой.
Расширение ПВ сопровождается образованием мощной ударной волны. В процессе расширения ПВ охлаждаются до температуры„ близкой к комнатной, и занимают объем, в среднем в 1000 раз превосходящий объем ВВ 1хред гы, расположенные на расстоянии до 10 радиусов заряда, подвергаются ие только действию ударной волны, рас- ' Скороетз вту надо отличать от екороетк хппвчеекой реакции определеваей чаетвцш вещеетва, характеризуемой врепенен протевакпа решщнв, Точно так пе в случае раепроетраневвя реаацпя авдо равличать время реакцнв всего заряда (в проетейшеп случае поетояввой екороетп, прокорцнональное размеру заряда) н время реакцвв отдельных чаетнц вещества; время реакцнн огделвпшх частиц составляет, очевидно, лншь чаете первого, так кая в процееее взрыва разлвчнше чаетпцы реагируют не одновременно, н в упомавутон простейшем елучзе от разнеров заряда не вавнент.
143 щространяющейся в воздухе, но и действию более или менее расширившихся ПВ.г Вблизи заряда> яока расширение незначительно и соответственно температура и плотность ПВ велики, характерно значительное тепловое воздействие на поверхность препятствия. Зачастую ПВ содержат окись углерода и-водород †случае ВВ с отрицательным кислородным балансом: возможно и вероятно соединение окиси углерода и водорода ПВ с кислородом воздуха. В случае тротила теплота сгорания ПВ (окиси углерода н водорода ПВ) в кислороде воздуха достигает 220е/е теплоты взрыва (теплоты превращения ВВ в ПВ).х В настоящее время не выяснен важный вопрос о том, как и когда происходит реакция СО и Нм содержащихся в ПВ, с кислородом воздуха и в какой мере энергия этой реакции используется как механическая энергия взрыва.з ПВ, расширяясь, действуют как поршень н толкают перед собой воздух.
Огромной степени расширения ПВ отвечает хороший, близкий к 1 к.п.д. использования химической энергия, взрыва в первой стадии процесса. Распространение ударной волны в силу необратимого характера сжатия в волне сопровождается рассеянием механической энергии н превращением ее в тепловую По этой причине> а также и потому, что по мере распространения волны увеличиваются ее поверхность и количество вовлеченнбго в движение вещества амплитуда-волям падлет с расстоянием.
Наконец, волна доходит до препятствия; с одной стороны, происходят отражение волны н огибание волной препятствия— > В случае весяммегричиого рвспрастраиеиия детоввпии, рвсстояяие проходимое ПВ, и мощвость действия взрыве в одвях иепреелеяяях (глевиым обрезом в направлении распространения детояейиовяой волны) больше, е других — мепьше. Здесь мы ве касаемся чрезвычейпо ивтсресяого и вежяого вопроса о кумулвтпвиых зарядах, отличающихся сильиейшей кояйеитрвяией ввергая в вьдевном ввпревлеиии. Вопросу етому сосвящакс спенвельивя литезг>стуре [110).
Теплоте горения тротила в келориметрической бомбе в избмтке кислороде составляет 3591 кквл/кг (с обравоееяием жидкой водм); в ресчсте иь горские с обрезоввявем парообрсзвой воды получим около 3480 ккел/кг. Теплота взрыве тротила при высокой плотяости зеряжеии», соглссво Шмидту, равна 1085 ккел/кг. Теплоту гаревая ПВ найдем, вычятля из теплоты гаревая тротила теплоту взрыве (3480 — 1085 = 2395). З В артиллерии хорошо невестка явлевпе дульиого племеии: пасла вылета свсряде ив дула вытекают продукты горения пороха, которые переме>пиввются с окружающим воздухом; при достаточном содержвиии горючего и доствточиой температуре образовавшаяся смесь сгорает (взрывается) с яркой вспышкой.
В связи с звукометрическим определением ресположеиия ертиллерийскях орудий, Воздвигая (П4), е вв иим другие авторы исследовали звук выстреле и обавружили существавсвие двух рездельиьш звуковых волв: звуке, происходящего от ресширеяия продуктов горении порахс, и Звухе дульиога племени; последввй ие большом рестоявии от ору>ив ивтеясиввее первого и отличается большей дляиой волам. / ' Однако и в етом слу~ае надо иметь в виду, что размер разрушениИ, если ояо прояскодит, зависит от величины заряда (которой определяется длительность воздействия давления); независимость самого наличия или отеутствяя разрушения от длительности действие давления, как видно нз сказанного выше, имеет место также только с онределеняого минимального времени воздействия, т.
е. с определенной мвнимальной величины заряда. 145 10 и. Б. Зд ддоддч явления, происходящийьв воздушной среде и определяющке действующее на препятствие усилие. С другой стороны, усилия этн вызывают перемещение и деформацию препятствия, т. е. те процессы, которые определяют в последнем счете опрокидывание или разрушение препятствия. Здесв мы встречаемся с двумя типическими случаями: в одном случае действие определяется максимальным, пиковым давлением; если максимального давления недостаточно и разрушения не произошло, то последующее действие более слабого давления уже ничего не меняет. Случай этот имеет место тогда, /чч когда максимальные усилия и де-.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
