<<
>>

Взрывная волна при горении сферического облака

Влияние скорости горения сферического облака при поджигании в центре на параметры взрывной волны рассматри­валось в работе [614]. Там же для сравнения рассчитаны взрыв­ные волны, образующиеся как при сферической детонации об­лака, так и при его мгновенном взрыве, и, кроме того, исследо­вано поведение взрывных волн в случае ускоряющихся пламен.

Во всех расчетах принималось, что безразмерная плотность энерговыделения q = 8, а отношение теплоемкостей в продук­тах сгорания у2 = 1,2. Подобные значения q и у2 присущи боль­шинству взрывов стехиометрических углеводород-воздушных смесей (см. гл. 1). Для использованного численного метода не­обходимо, чтобы волна горения имела конечную толщину 0,1го, где г0 — начальный радиус сферы. Число Маха волны горения,

отнесенное к начальной скорости звука в сфере, менялось от Msu = 0,034 до Msu = 8,0 (для сравнения при q = 8,0 число Маха детонации Чепмена — Жуге составляет MCj = 5,2). На рис. 2.24 приведены примеры расчетных профилей давления для разных Msu. Зависимости максимального избыточного давления От безразмерного расстояния до центра сферы для различных режимов сгорания, включая детонационное горение и мгновен­ный взрыв, представлены на рис. 2.25. Там же приведена соот­ветствующая кривая для взрыва пентолита. На рис. 2.25 гори­зонтальные штриховые линии для очень малых скоростей сго­рания представляют собой расчетные зависимости избыточного Давления при замене волны горения расширяющимся поршнем, как это предложено Тейлором [630]. В этом случае

ιο*

Рис.

2.25. Расчетные зависимости максимального нормализованного избыточного давления Ps от без­размерного расстояния R для различных скоростей горения в сфере при Я = 8.

/-Msu=0.01: 2-Msb=0.02; S-M50=O,034; I-IAsu= =0,066; 5—Msu=O,128; 6—M50=O,218; 7—взрыв сферы; 8—детонация; 9—взрыв пентолнта.

Здесь pi — плотность газа перед пламенем, р2 — плотность про­дуктов за пламенем. Для малых Msu отношение ρ2/ρι может быть взято без учета изменения давления в волне горения. Вер­тикальная штриховая линия на рис. 2.25 представляет конечный безразмерный радиус облака при q = 8 для случая малых ско­ростей горения, когда не происходило заметного подъема давле­ния. Штриховые линии справа от этой вертикальной линии отве­чают расчетной зависимостиКак следует из рис. 2.25,

акустическая теория Тейлора хорошо описывает параметры сфе­рических взрывов при малых скоростях сгорания в источнике. На рис. 2.26 представлена зависимость безразмерного положи­тельного импульса от безразмерного текущего радиуса для разных типов взрывов. Не понятно, почему импульсы для горе­ния оказываются меньше на 20 ... 30 %. Тем не менее они ле­жат в пределах погрешности рис. 2.19.

Численные расчеты проведены и для ускоряющихся пламен. В этом случае произвольно выбирались начальная и конечная скорости пламени и участок, на котором пламя распространя­лось с постоянным ускорением. Программа была составлена

Рис. 2.26. Расчетные зависимости безразмерного импульса от безразмерного расстояния для различных скоростей горения в сфере Г382].

таким образом, что и ширина, и положение области ускорения могли меняться от шага к шагу.

Было просчитано девять ва­риантов, и результаты расчета представлены на рис. 2.27. Рис. 2.27, айв отвечают рассмотренному выше случаю горения с постоянной скоростью. Рис. 2.27, б отвечает непрерывному ускорению пламени от начальной скорости (М^ = 0,066) да конечной (Msu = 0,128) на участке, охватывающем весь источ­ник (источник был разбит на 50 сферических ячеек). Рис. 2.27,3 отвечает мгновенному ускорению в ячейке 25. Рис. 2.27, ж, г, д, е, и.

отвечают случаям, когда ускорение пламени локализовано в ячейках 1—10, 11—20 и т. д. На рис. 2.28 приведены зависимости безразмерного избыточного давления от безразмерного текущего радиуса для рассмотренных случаев. Видно, что максимальное избыточное давление для ускоряющихся пламен всегда меньше, чем то, которое наблюдается при наиболее высокой постоянной скорости в системе. Таким образом, для строго сферических пла­мен ускорение само по себе не приводит к дополнительному по­вышению давления в волне, и необходимо знать лишь наиболь­шую эффективную скорость пламени для того, чтобы предска­зать избыточное давление, генерируемое источником. Помимо этого из расчетов следует, что эффективная скорость сфериче­ского пламени должна быть достаточно велика для того, чтобы привести к существенным разрушениям при взрыве. Например, как видно из рис. 2.25, избыточное давление порядка 30 кПа образуется пламенем с числом Маха Msu = 0,066, или эффек­тивной скоростью сгорания, равной 23 м/с. Так как углеводо­родные смеси имеют нормальную скорость горения в диапазоне от 0,4 до 1 м/с, то .необходимо каким-либо образом существенно

Рис. 2.27. Структура взрывных волн для ускоряющихся пламен. Параметры η и Tf определены в подписи к рис. 2.24.

Рис. 2.28. Влияние ускорения пламени иа максимальное избыточное давление. Кривые 5, 15, 25, 35, 45 отвечают ускорению пламени с Msu от 0,066 до 0,128 в ячейках 1— 10,11—20,21—30,31—40,41—50; кривая 25с — ускоре­нию в ячейках 1—50; кривая 25 — дискретному ускоре­нию в ячейке 25.

ускорить пламя, если горение газовоздушного облака предна­значено для образования разрушающей взрывной волны.

<< | >>
Источник: Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др.. Взрывные явления. Оценка и последствия: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ./Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др.; Под ред. Я. Б. Зельдовича, Б. Е. Гельфанда. — M.: Мир,1986. — 319 с., ил.. 1986

Еще по теме Взрывная волна при горении сферического облака:

  1. Е.Ф. Борисов. Хрестоматия по экономической теории / Сост. Е.Ф. Борисов. - М.: Юристъ, 2000. - 536 с., 2000