Определение параметров детонации заряда ВВ

Загрузка...

главная страница Рефераты Курсовые работы текст файлы добавьте реферат (спасибо :)Продать работу

поиск рефератов

Реферат на тему Определение параметров детонации заряда ВВ

скачать
похожие рефераты
подобные качественные рефераты
1 2 3    

Министерство образования Российской Федерации

Самарский Государственный Технический Университет


Кафедра "Технология твердых химических веществ"
Отчет по лабораторным работам

«Определение и расчет параметров детонации зарядов ВВ»

Студентки 5-ИТ-1 Н. Б. Ивановой

Проверил:

Профессор А. Л. Кривченко
Самара 2001 г.

1.      
Цель
лабораторной работы

Целью работы является: изучение современных методик исследования быстропротекающих процессов, анализ способов теоретического прогнозирования параметров детонации и определение параметров детонации и метательной способности зарядов из БВВ. 
2.      
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДОВ ВВ

2.1.        
Основные явления, определяющие детонацию

Взрывчатые вещества (ВВ) — это вещества, способные к экзотермическому превращению, .которое передается от реагирующего слоя .к близлежащему, распространяясь в виде волны по всему заряду ВВ. Для того чтобы процесс, именуемый детонацией, оказался принципиально возможным, .необходимо, чтобы реакция экзотермического превращения протекала за чрезвычайно короткое время. Такие времена реакции, порядка 1 мкс, возможны лишь при очень высоких давлениях, при которых волны сжатия всегда трансформируются в ударные волны. Таким образом, детонацию можно представить себе как совокупное действие ударной волны и химической реакции, при которой ударный импульс инициирует реакцию, а энергия реакции поддерживает амплитуду волны, (скорость детонации различных ВВ составляет от 1500 до 10000 м/с), а давление непосредственно за фронтом волны от 1 до 50 ГПа.

Процесс превращения исходного ВВ в конечные продукты взрыва можно представить следующим образом. Исходное состояние системы характеризуется начальным давлением Ро и начальным удельным объемом Vо. Под действием ударной волны ВВ сжимается и его исходное состояние (точка с. координатами Ро, Vо) скачком изменяется и соответствует точке P1 V1 динамической адиабаты. В сжатом ВВ начинается химическая реакция. Вследствие реакция выделяется тепло. При этом состояние системы будет описываться не адиабатой исходных продуктов, а адиабатой продуктов взрыва, которая лежит выше из-за выделения тепла. Графически этот процесс .представлен Р—V диаграммой на puc 1.
Если процесс детонации стационарен, то переход от исходного вещества к адиабате продуктов взрыва совершается по прямой линии, соединяющей точки Р1, V1 и Pо, Vо. Состояние Р1, V1 на диаграмме, отвечающее ударному фронту, распространяется по ВВ 'со скоростью детонации D.

При стационарной детонации с такой же скоростью должны распространяться и другие промежуточные состояния, соответствующие выделению той или иной доля полной энергии. Следовательно; изменение состояний в процессе химической реакции должно происходить по прямой, соединяющей точки, так как только Р1, V1 и Pо, Vо на этой прямой все промежуточные состояния распространяются по ВВ со скоростью D. Прямая равных скоростей распространения на Р—V диаграмме, по которой происходит .переход с одной адиабаты на другую — эта прямая Михельсона-Релея. Точка касания прямой Михельсона-Релея с адиабатой конечных продуктов взрыва —точка Чепмена-Жуге. Она отвечает моменту окончания химической реакции и выделению максимального количества тепла, идущего на поддержание процесса детонации.

Для полного описания процесса детонации, помимо знания давления за фронтом ударной волны и скорости детонации, необходимо знать распределение скорости потока продуктов детонации (ПД) за фронтом волны во времени U=U(t) и время существования самой волны. Зная параметры D и U=U{t}, можно, основываясь на выводах гидродинамической теории, рассчитать давление за фронтом волны Р, показатель политропы процесса п , определить во многих случаях время химической реакции т и ширину зоны химической реакции (ЗХР) — а.

Современная гидродинамическая теория детонации позволяет математически описать процесс детонации ВВ с  помощью уравнений сохранения массы, импульса и энергии,  уравнения состояния продуктов детонации и дополнительного уравнения, так называемого условия касания.

Уравнение состояния ПД в общем виде выглядит следующим образом:



где f функция описывает главным образом тепловое движение; g — силы, возникающие при межатомном взаимодействии.

Уравнение Лалдау-Зельдовича вида Р=Аrn имеет достаточно простой вид и с некоторыми допущения  описывает состояние ПД во всем диапазоне давлений расширяющихся ПД, поэтому оно использовало для вывода соотношений, определяющих параметры детонации.

В общем виде система уравнений может быть записана следующая:

rоD=r(D-U);                                                                       (1)

P=  rоDU;                                                                           (2)

e-eо-QV=1/2P(Vo-V);                                                           (3)

Р=Аrn                                                                                 (4)

                                                           (5)

где rо и r— плотность заряда ВВ и  ПД  соответственно;

Vо и V — удельный объем ВВ и ПД; D скорость детонации; U массовая скорость ПД; e и eо   — внутренняя энергия ВВ и ПД; Qv теплота взрыва; А — постоянная; п — показатель политропы.

Заметим плотность в уравнении (4) на удельный объем

P=A*1/Vn                                                                           (6)

и продифференцируем обе части данного уравнения

                                                                           (7)

подставив данное выражение в условие касания (5), получим

                                                                        (8)

Из этого следует, что

                                                                              (9)

или

                                                                          (10)

Совместным решением уравнений (1) и (2) получим уравнение прямой Михельсона-Рэлея в виде

                                                                         (11)

Подставив в уравнение (4) выражение (8), получим

                                                                            (12)

Заменив Р на его выражение из уравнения (2), получим

D/U=n+1                                                                             (13)

Используя уравнения (9) и (13), получим следующие соотношения для параметров детонации:

                                                                              (14)

P=rоDU=                                                                 (15)

                                                                          (16)

                                                                              (17)

Анализ данных уравнений показывает, что для определения всех параметров детонации необходимо и достаточно измерить любые два параметра в точке Чепмена-Жуге, где заканчиваются все химические  превращения.

Теоретический профиль распределения давления или массовой скорости от времени в детонационной волне, приведен на рис. 2.

Время t, отвечающее излому профиля давления — время химической реакции, и по нему можно рассчитать  ширину  ЗХР-а.

,                                                                        (18)

где
 
средняя скорость потока в ЗХР.

На практике для определения параметров детонации оказалось удобно измерять D и профиль массовой скорости U=U(t). Для измерения массовой скорости чаще всего пользуются откольным и электромагнитным методами.

2.1.1 Откольный метод определения массовой скорости ПД.

Идея откольного метода заключается в измерении . скорости движения свободной поверхности пластины, плотно прижатой к торцу заряда ВВ.   Падающая детонационная волна распространяется по пластине с затухающими параметрами, при этом скорость движения свободной поверхности пластины связана с массовой скоростью волны, выходящей на эту поверхность следующим соотношением:

Wn=2Un,                                                                             (19)

где W скорость свободной поверхности пластины; Unмассовая скорость ударной волны в пластине.

Затухание параметров ударной волны зависит от толщины пластины и профиля давления падающей детонационной волны, поэтому характер изменения скорости свободной поверхности от толщины отражает профиль самой волны.

На рис. 3 приведена зависимость скорости движения свободной поверхности пластины от ее толщины. Область А'С' соответствует влиянию на скорость свободной поверхности ЗХР в детонационной волне. В точке С' химпик полностью затухает. Поэтому эта точка определяет параметры в плоскости Чепмена-Жуге падающей     детонационной волны.

Условие равенства давлений и массовых скоростей на границе раздела ВВ — пластина позволяет определить параметры детонации по параметрам ударной    волны в материале          пластины.  На    рис.   4        приведена


схем а расчета для вывода уравнений;

При падении детонационной волны на границу раздела ВВ — пластина по материалу последней пойдет затухающая волна, а по продуктам детонации — отраженная волна, направленная в другую сторону. На границе раздела   имеют место следующие соотношения:

                                                                           (20)

                                                                         (21)

Воспользуемся законом сохранения импульса и запишем:







Используя акустическое приближение для динамической жесткости падающей и отраженной волны, получим

                                                                         (22)

Давление в детонационной волне будет равно



Заменим U2 на выражение U1-Un, тогда



Согласно уравнению (2)

                         

Отсюда



Произведя преобразования, получим

                                                                  (23)

Разделив обе части на r
D
,
получим выражение для массовой скорости

                                                                 (24)

С помощью полученных уравнений (23) и (24), используя соотношение (21), можно определить давление и массовую скорость в точке излома профиля, проведя .несколько экспериментов на различных толщинах пластин, а также найти ширину ЗХР. Для этого рассмотрим t
диаграмму выхода детонационной волны на границу раздела BB —пластана и распространение ударной волны в пластине (рис. 5). Падающая на пластину детонационная волна со скоростью Dо генерирует в материале ударную волну, распространяющуюся со скоростью Dn  и, вызывает движение границы раздела со скоростью

aD(a,— -коэффициент пропорциональности). В момент, когда плоскость Чепмена-Жуге догонит поверхность раздела, в материале .пластины начинает распространяться возмущение со скоростью Un+Cn (Cnскорость звука в пластине). На некотором расстоянии b это возмущение догонит фронт ударной волны и на зависимости W=W(l) зафиксирует излом Dn и a
Dn
не являются .постоянными величинами (зависят от времени), .поэтому в расчетах попользуются средние значения этих величин.

Найдя толщину пластины (l=b), в которой происходит затухание химпика от ВВ в материале, и зная скорость процесса, можно вычислить ширину ЗХР.  Условие равенства времен для ВВ по t—x диаграмме может быть записано

                                                                           (25)

Откуда

                                                                            (26)

где a — ширина зоны химической реакции.

То же условие для материала пластин по t-x - диаграмме может быть записано следующим, образом:

                                                               (27)

Избавимся от знаменателей в правой части равенства (27)



Отсюда

                                                          (28)

Подставив выражение для D  (28) в выражение для ЗХР, получим (26)

                                                   (29)

Скорость ударной волны и скорость звука в   материале пластины определяется по известному значению   скорости движения и ударной адиабате, которая обычно задается в виде двучлена

Dn=A+BUn                                                                         (30)

где А и В — постоянные,

Для наиболее часто используемых материалов (Mg, Си, А1) выражение ударных адиабат имеет вид

Dn(Мg)=4,78+1,16Un                                                           (31)

Для давлений 6,0—40 ГПа

Dn(Cu)=3,64+l,96Un                                                            (32)

 Для давлений 17—52 ГПа

Dn(Al)=5,15+l,50Un                                                             (33)

 Коэффициент пропорциональности a находится как



где   средняя массовая скорость в области химпика.

Обычно



В тех случаях, когда точность измерения массовой скорости допускается в пределах 3—5%, а определение ЗХР не требуется, зависимость W=W(l) можно не строить, а лишь измерить скорость движения свободной поверхности пластины шириной, равной или несколько большей b
.


Для металлов b обычно меньше 3 мм.    


Точность и воспроизводимость эксперимента обеспечивается лишь при наличии плоского детонационного фронта и при проведении измерения в области  однократно сжатой пластины, не затронутой волной разгрузки с боковой поверхности. На кинетику химической реакции в ЗХР может оказывать существенное влияние отраженная ударная волна, особенно при малых плотностях ВВ., что может привести к занижению ширины ЗХР и завышению параметров в плоскости Чепмёна-Жуге.

    продолжение
1 2 3    

Добавить реферат в свой блог или сайт
Удобная ссылка:

Скачать реферат бесплатно
подобрать список литературы


вверх страницы


© coolreferat.com | написать письмо | правообладателям | читателям
При копировании материалов укажите ссылку.