Введение к работе
Актуальность темы. Неослабевающий интерес к взрывной тематике понятен. Заряды индивидуальных и промышленных взрывчатых веществ (ВВ) используются для импульсной обработки материалов, высокоскоростного метания тел, отбойки горных пород и других целей. Способные к детонации газодисперсные и газопленочные системы нередко возникают в результате практической деятельности человека.
В разряд сравнительно новых и ещё слабо изученных явлений взрывного типа попадают режимы гетерогенной двухслойной и спиновой стационарной детонаций, реализованные в Институте гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН в середине 70-х годов. Необходимость в более глубоком понимании этих явлений объясняется их специфическими особенностями, полезными для практических приложений. Двухслойная детонация в удлиненных зарядах ВВ с полостями - один из возможных способов получения сильных ударных волн и высокоскоростных газовых потоков. Режим спиновой стационарной детонации с присущей ему интенсификацией процесса горения перспективен для применения в камерах сгорания газотурбинных и ракетных двигателей.
При существующем недостатке экспериментальных данных известные результаты теории имеют либо весьма общий, основополагающий характер, либо базируются на описании детонационных течений, в ' целом, в одномерном приближении (В.В.Митрофанов, П.Б.Вайнштейн, Ф.А.Быковский, J.A.Nicholls, R.E.Cullen, K.W.Ragland, P.I.Shen, T.c.Adamson). Проведены, по существу, предварительные исследования, позволившие в аналитическом виде выразить характеристики детонационных течений через исходные определяющие параметры и качественно объяснить некоторые из наблюдающихся эффектов. Для детального изучения указанных режимов детонации необходим переход к более адекватным неодномерным постановкам задач, что сопряжено с применением численных методов.
Целью работы явилось численное моделирование режимов двухслойной детонации в системах типа "ВВ-газ" и спиновой стационарной детонации горючих газовых смесей в кольцевой цилиндрической камере на основе двумерных стационарных уравнений газовой динамики и данных экспериментов.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: - предложено математическое описание явлений двухслойной и спи-
новой стационарной детонаций в рамках двумерных уравнений газовой динамики; отбор скорости волны двухслойной детонации осуществляется согласно закону обращения воздействий квазиодномерного газового потока; самоподдерзкиваемость периодического течения при спиновой стационарной детонации обеспечивается условием свободного истечения ПД на срезе камеры;
- разработаны численные методики и проведён расчёт параметров и
структуры двухслойной детонации в цилиндрических-системах с труб
чатым зарядом ВВ в оболочке и спиновой стационарной детонации в
кольцевой цилиндрической камере с учётом реального механизма по
дачи горючей газовой смеси;
-промоделировано влияние разлёта оболочки, присутствия тонкой инертной прослойки с задержкой принудительного инициирования ВВ и турбулентного смешения ПД с газовым потоком за лидирующей УВ на параметры волны двухслойной детонации;
- проанализировано влияние длины камеры и предварительного нагре
ва инжектируемой горючей газовой смеси на структуру и основные па
раметры спиновой стационарной детонации; рассмотрены факторы неи
деальности процесса, дающие ограничения на исходное состояние сме
си.
На защиту выносятся
-
Формулировка двумерных математических моделей двухслойной детонации в системах типа "ВВ-газ" и спиновой стационарной детонации горючих газовых смесей в кольцевой цилиндрической камере.
-
Методики численного расчета двумерных стационарных течений слоистой структуры с ударно-детонационным комплексом.
-
Результаты расчета двухслойной детонации трубчатых зарядов ВВ в оболочке с учётом и без учёта турбулентного смешения ПД с газовым потоком за лидирующей УВ.
-
Результаты расчёта спиновой стационарной детонации в кольцевой цилиндрической камере. Их анализ и обобщение в случае пропа-нокислородной смеси. Оценка пределов существования рассматриваемого детонационного режима по начальной температуре инжектируемой смеси.
Достоверность научных результатов обоснована универсальностью используемых феноменологических уравнений и численных методов; удовлетворительным выполнением интегральных балансовых соотношений в конечно-разностных решениях; контрольными расчётами на измельчен-
них сетках и согласованием с известными теоретическими и экспериментальными данными.
Научная и практическая ценность работы. Разработаны математические модели и построены алгоритмы расчёта двумерных стационарных точений слоистой структуры при двухслойной детонации в системах типа "ВВ-газ" и спиновой стационарной детонации горючих газовых смесей в кольцевой цилиндрической камере. Численные исследования ориентированы на конкретные эксперименты и демонстрируют в определенных пределах качественное и количественное соответствие теории и опыта. Сформулированные в работе обобщённые условия стационарности одномерных детонационных волн полезны при рассмотрении детонации гомогенных и гетерогенных сред с учётом различного рода процессов релаксации и внешних воздействий. Вполне допустимо, что подход, предложенный для расчёта спиновой стационарной детонации, пригоден для численного определения аналогичных стационарных течений, имеющих периодический характер и описываемых системами эволюционных уравнений. Полученные результаты и выводы могут быть использованы при дальнейшем уточнении математического описания изучаемых явлений, планировании новых экспериментов и решении прикладных задач.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на семинарах Института гидродинамики СО АН в период 1976-1991ГГ., на 1-ом Всесоюзном совещании по детонации (г. Черноголовка, 1978г. ), на 11-ой Всесоюзной школе-семинаре по физике взрыва (г. Новосибирск, 1980г. ), на VIII-ом Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (г. Ташкент, 1986г. ), на IX-ом Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (г. Суздаль, 1989г. ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы общим объёмом 201 страница. Из них 48 рисунков и її таблиц размещены на 35 страницах. Список литературы включает 145 наименований и занимает 13 страниц.