Файл: Подводные и подземные взрывы сб. ст.pdf

давление на ударной волне в воде и на границе раздела между продуктами детонации вещества 9404 и водой по­ строено на рис. 5. Положения ударной волны в воздухе

Р п с. 6. Радиус ударной волны в воздухе (кривая 1) и границы раздела между продуктами детонации и воздухом (кривая 2) как

функция времени для случая взрыва сферического заряда радиусом 1,27 см в воздухе при атмосферном давлении в Лос-Аламосе.

и границы раздела между продуктами детонации веще­ ства 9404 и воздухом показаны на рис. 6 как функции времени. Рассчитанное давление на ударной волне в воздухе и на границе раздела между продуктами дето­ нации вещества 9404 и воздухом представлены как функ­ ции времени на рис. 7. Положение границы раздела между продуктами детонации и водой и положение

ударной волны в воде, определенные по рентгенограммам вдоль вертикальной оси, находятся в хорошем согласим с результатами одномерных расчетов. Следовательно, результаты одномерных расчетов можно использовать

Рис. 7. Давление на ударной волне (кривая I) в воздухе и на

границе раздела между продуктами детонации 9404 и воздухом (кривая 2) как функция времени для случая взрыва сферического

заряда радиусом 1,27 см в воздухе при атмосферном давлении в Лос-Аламосе.

для того, чтобы для моментов времени, к которым отно­ сятся рентгенограммы, получить оценки для давления в воде и для положений ударной волны в воздухе и гра­ ницы раздела между продуктами детонации и воздухом,

15 мкс

P и с. 8. Схемы, изображающие характерные детали течения при детонации сферического заряда радиусом 1,27 см на поверхности раздела между водой и воздухом.

Эти схемы построены для трех моментов времени, близких к тем, для которых проводилось рентгенографическое исследование. Рассчитанные по одномерной теории величины давления (в барах) и радиусов (в сантиметрах) для ударной волны в воздухе и для границы раздела между продуктами детонации и воз­ духом указаны соответственно вдоль вертикальной и горизонтальной осей.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ФОТОГРАФИРОВАНИИ

Схема экспериментальной установки, в которой при­ менялись три съемочные камеры, изображена на рис. 9. Однократная вспышка, камера GMX-8 с вращающимся

Р н с. 9. Экспериментальная установка для фотографического иссле­ дования.

/ —защита от взрыва; 2— камера Dynafax; 3 — однократная вспышка; 4— диа­ фрагма; 5—18-дюймовая линза Фреэнсля: S— источник света; 7— рассеиватель света; 8—заряд радиусом 1,27 см; сосуд с водой (расстояние между стенками 6 фут); W — кинокамера; // —перископ для камеры GMX-8.

зеркалом и оптическое устройство, которое давало па­ раллельный пучок света диаметром 18 дюйм, использо­ вались для получения теневого снимка (с высокой сте­ пенью разрешимости) газового пузыря через 302 мкс после приложения кольцевого импульса. Для предот­ вращения наложения снимков служил быстродействую­ щий затвор. Указанное время было выбрано из таких соображений, чтобы остроконечный пик волны на по­ верхности воды, если он фиксировался на снимке, на­ ходился в поле видимости. Этот остроконечный пик был затемнен продуктами детонации, в то время как поверх­

ниже уровня воды. Задняя подсветка в этой камере осуществлялась при помощи электронной ксеноновой вспышки GMX-2 и рассеивающего экрана, сделанного

В р е т , с (

Рис. 12. Предварительные результаты, полученные при киносъемке и дающие радиус границы раздела между продуктами детонации 9404 и водой как функцию времени.

# , кинокамера (КреЛг, Тейлор).

из майларовской чертежной бумаги. Эта камера рабо­ тала со скоростью 2151 оборот в секунду, при этом но­ минальное время между кадрами составляло 29 мкс; время экспозиции было 1 мкс для одного кадра. Третья камера представляла собой кинокамеру Bolex Н-16 Ref­ lex со скоростью съемки 64 кадра в секунду и временем экспозиции 0,002 с для одного кадра.

90 Ч. Л. M E ПДЕР

Количественные данные, полученные при помощи первых двух камер, построены на рис. 10. Здесь также приведены результаты одномерного гидродинамического расчета по схеме SIN, определенные для заряда взрыв­ чатого вещества, погруженного в воду при давлении 1 бар. Как видно из графика, после 100 мкс расхожде­ ния между экспериментом и расчетом становятся значи­ тельными. Очевидно, что для описания течения при бо­ лее поздних моментах времени необходимо проведение двумерных гидродинамических расчетов.

Результаты, полученные при помощи кинокамеры, представлены на рис. 11 а — lie и 12. Поскольку на эти данные влияют эффекты, обусловленные геометрией дна и стенок сосуда, для определения величины этих эффектов требуется провести дополнительные экспери­ менты в сосуде большего размера.

4.ДВУМЕРНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

СУЧЕТОМ СЖИМАЕМОСТИ

Для исследования динамики течения при детонации сферического заряда взрывчатого вещества 9404 у по­ верхности воды мы применяли численную схему EIC (см. [3]), основанную на методе частиц в ячейках (ме­ тод PIC). Графики с расположением частиц показаны на рис. 13 и 14. Рассчитанные положения частиц вдоль вертикальной оси находятся в согласии с данными од­ номерных расчетов по схеме SIN, обсуждавшимися выше. Однако всплесковая волна при этом оказывается не такой большой и высокой, как при наблюдениях, а ударная волна в воздухе не распространяется на столь далекое расстояние, как это получалось в расчетах по схеме SIN. Поскольку в расчетах по методу частиц в ячейках доступная точность решения сильно ограничена, то указанных расхождений можно было ожидать. Дву­ мерные расчеты также показывают, что с ростом вре­ мени и глубины воды всплесковая волна становится больше.

Недавно в работе [4] для решения задач о течениях многокомпонентных реагирующих сред в прямоуголь­

ных и цилиндрических областях была развита двумер­ ная численная схема 2DE, в которой используются эйле­ ровы уравнения движения. Проведенные по этой схеме численные решения задач о сильно искривленных пото­ ках (например, задач о взаимодействии ударных волн

сV-образными выемками, цилиндрическими пустотами

иалюминиевым стержнем в воде) дали результаты, которые близко воспроизводят данные, наблюдаемые в экспериментах [5]. В этой численной схеме возможно получение высокой точности, что делает ее пригодной для задач с сильно искривленными потоками, например для задачи о взрыве сферического заряда при наличии взаимодействия с поверхностью воды. Данная числен­ ная схема дает точное решение для расчетных ячеек, содержащих два компонента среды. Если же в ячейке имеются три компонента или более, то приходится пользоваться приближениями. Так как при расчете всплесковой волны имеются ячейки, содержащие воду, продукты детонации и воздух, то область всплесковой волны определяется менее точно, чем остальная об­ ласть течения.

Одномерные расчеты по схеме SIN показывают, что

численные результаты лишь незначительно изменяются, если сферический заряд, состоящий из взрывчатых ве­ ществ ТЭН и 9404, заменить сферическим зарядом, со­ стоящим из одного вещества 9404 и включающим внут­ реннюю область радиуса 0,4 см, которая детонирует сначала при постоянном объеме. В случае же проведе­ ния двумерных расчетов такой «инициатор детонации» должен иметь большую величину, так как здесь из соображений экономии времени при вычислениях при­ меняются ячейки большого размера.

Расчеты по двумерной схеме 2DE проводились с сеткой, имевшей 100 ячеек по горизонтальному направлнию Z и 50 или 100 ячеек по вертикальному направле­ нию R. Мы пробовали брать несколько разных разме­ ров ячеек. Наибольший размер ячейки, при котором полученные результаты не зависели от размера сетки, составлял 0,0635 см; при этом вдоль радиуса сфериче­ ского заряда размещалось 20 ячеек. Для хорошего оп­ ределения всплесковой волны потребовался бы меньший

Рис. 13. Результаты расчетов по методу частиц в ячейках (метод PIC) для случая сферического заряда взрывчатого вещества 9404, частично погруженного в воду.

Детонация начинается в центре заряда. В левой части графика крестиками обозначено положение тех ячеек, которые нагреты до температуры, большей, чем температура невозмущенной среды.

а) 2 мкс; б) 4 мкс; в) 6 мкс; г) 10 мкс.