The influence of parameters of an undisturbed air on the blast wave characteristics

• Autorzy: Łęgowski Z.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów niezaburzonego powietrza na charakterystyki powybuchowych fal uderzeniowych

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Sformułowano zagadnienie oraz opracowano metodę całkowania równań ruchu problemu rozprzestrzeniania się fali detonacyjnej w ładunku materiału wybuchowego (MW). Do opisu produktów detonacji zastosowano równanie stanu Jonesa, Wilkinsa i Lee'go. Korzystając z samopodobieństwa zagadnienia, równania ruchu sprowadzono do odpowiedniego układu równań różniczkowych zwyczajnych, który całkowano metodą Rungego-Kutty czwartego rzędu. Otrzymano przestrzenne rozkłady parametrów w produktach detonacji w dowolnym momencie trwania tego procesu aż do chwili dotarcia fali detonacyjnej do granicy ładunku, kończącej proces spalania. Sformułowano zagadnienie rozlotu produktów detonacji w otaczające ładunek powietrze atmosferyczne z uwzględnieniem jego zmian klimatycznych. Do opisu właściwości powietrza, zaburzonego przez rozchodzącą się w nim falę podmuchu, zastosowano kaloryczne równanie stanu Brode 'a z jedenastoma stałymi materiałowymi, natomiast wilgotne powietrze atmosferyczne traktowano jako mieszaninę gazów doskonałych. Całkowe równania ruchu rozwiązywano za pomocą schematu numerycznego metody rozpadu dowolnych nieciągłości Godunowa z wydzieleniem frontu pierwotnej fali podmuchu oraz granicy rozdziału produktów detonacji. Pozostałe silne nieciągłości, pojawiające się w trakcie ewolucji rozwiązania, ulegały naturalnemu rozmyciu przez dysypatywny schemat różnicowy Godunowa. Zbadano wpływ parametrów powietrza atmosferycznego, takich jak ciśnienie p0 temperatura T0 i wilgotność na charakterystyki powybuchowych fal uderzeniowych. Ustalono, że wzrost temperatury niezaburzonego powietrza powoduje spadek ciśnienia na froncie pierwotnej fali wybuchu, natomiast wzrost ciśnienia atmosferycznego oznacza również wzrost ciśnienia na powierzchni tej fali. Wpływ wilgotności rośnie ze wzrostem temperatury i spadkiem ciśnienia. W wilgotnym powietrzu ciśnienia na powierzchni fali wybuchu są zawsze mniejsze od wartości uzyskiwanych w powietrzu suchym. Ustalono, że wpływ wszystkich trzech parametrów atmosfery maleje ze wzrostem promienia rozchodzącej się fali wybuchu. Największy wpływ na wartości ciśnień w fali powybuchowej wywierają klimatyczne zmiany temperatury, najmniejsze - zmiany wilgotności. Wpływ tego czynnika można w wielu przypadkach pominąć i ograniczyć się do badania suchego powietrza. Zbadano ogólne własności procesu rozlotu produktów detonacji z uwzględnieniem zmian parametrów atmosfery. Ustalono, że maksymalny zasięg produktów detonacji, szacowany na podstawie badań suchego powietrza i atmosfery standardowej, należy przedłużyć do ok. siedemnastu promieni ładunku.

EN

Formulation of the propagation problem of the detonation wave in an explosive charge has been presented, and the solution method of the equations of motion has been worked out. The Jones, Wilkins and Lee equation of state has been used for detonation products. On the strength of a self-similarity of the problem, the equations of motion have been reduced to the set of ordinary differential equations that have been solved using the Runge-Kutta method of 4th order. Spatial distributions of parameters of detonation products have been obtained for arbitrary time instant of the process till the moment, at which the detonation front reaches the charge boundary that marks the end of the combustion process. It has been formulated the problem of a dispersion of detonation products into the surrounding air with regard to its climatic changes. In depicting properties of the air disturbed by the blast wave propagating throughout, it has been adapted the Brode calorific equation of state with eleven material constants, whereas the damp air has been treated as an mixture of ideal gases. The integral equations of motion have been solved by means of numeric scheme of the Godunov's method of disintegration the arbitrary discontinuity with assigning the primary blast wave front and the detonation products boundary. The other strong discontinuities, appearing in the flow, have been smoothed out by the dissipative numerical scheme. An influence of parameters of an atmospheric air has been examined, such as pressure p0 temperature T0 and humidity, on the blast wave characteristics. It has been found, that increasing the temperature of the undisturbed air results in decreasing pressure on the primary blast wave front, while growing the atmospheric pressure means growing pressure on the wave front too. The influence of humidity extends with increasing temperature and decreasing pressure. Pressures on the blast wave front in a damp air are always less in magnitude in comparison with values attained in a dry air. It has been ascertained, that the influence of all of three atmospheric parameters decreases with growing the propagating blast wave radius. The extreme influence on the pressure values in a blast wave creates the climatic variations in temperature, the least of all - the humidity variations. In many cases the influence of the last parameter may be ignored. Comprehensive properties of the dispersion of detonation products have been investigated, taking into consideration the variations of the atmospheric parameters. It has been determined, that the maximal range of the detonation products, estimated on the ground of discovering the dry air at the conventional conditions, must be extended to 17 values of a charge radius.

Słowa kluczowe

PL

mechanika; dynamika gazu; detonacja; powietrze atmosferyczne; wybuch; powybuchowa fala uderzeniowa; obciążenie konstrukcji

EN

mechanics; gas dynamics; detonation; atmospheric air; explosion; blast wave; construction loading

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, No. 1
• Strony: 267--283
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Łęgowski Z.

• Military University of Technology ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Poland tel.: [phone],

Bibliografia

• [1] Borkowski, W., Łęgowski, Z., Rafa, J., Rybak, P., Oddziaływanie powybuchowej fali uderzeniowej z dnem pojazdu, Materiały II Konferencji Nauk.-Technicznej „Odporność udarowa konstrukcji", Rynia, 9-5-11. grudzień, 1998.
• [2] Baum, A., F., Orlenko, L., P., Stanjukovich, K., P., Fizika vzryva, Nauka, Moskva, 1975.
• [3] Godunov, S., K., Zabrodin, A., V., Ivanov, M., Ja., Krajjko, A., N., Prokopov , Chislennoe reshenie mnogomernykh zadach gazovojj dinamiki, Nauka, Moskva, 1976.
• [4] Ralston, A., Wstęp do analizy numerycznej, Warszawa, 1971.
• [5] Włodarczyk, E., Wstąp do mechaniki wybuchu, Warszawa, 1992.
• [6] Brode, H., L., Blast Wavefrom a Spherical Charge, The Phys. of Fluids, 2, 2,1959.
• [7] Chromów, S., P., Meteorologia i klimatologia, PWN, Warszawa, 1973.