Реферат
Ударна хвиля і детонація
Введення
ударний детонація хвиля термодинаміка
У успішному розвитку космічної та авіаційної техніки, енергетики, хімії, сучасного машинобудування, а також фізики ударних хвиль величезне значення мають фундаментальні дослідження бистропротекающих процесів. Теоретичні та експериментальні дослідження в цій галузі необхідні для розробки методів вирішення різноманітних динамічних задач, пов'язаних з ударноволнового нагружением гомогенних і гетерогенних, газоподібних, рідких і твердих середовищ, для вивчення та практичного застосування процесів розповсюдження ударних хвиль у твердих тілах, для аналізу електромагнітних явищ, що мають місце при ударі і вибуху. Далі будемо розглядати речовини при високих тисках і температурах, що виникають в результаті ударно-хвильового навантаження.
1. Термодинаміка ударних хвиль
З макроскопічної точки зору ударна хвиля являє собою уявну поверхню, на якій термодинамічні параметри середовища (які, як правило, змінюються в просторі безперервно) відчувають переборні особливості: кінцеві скачки. При переході через фронт ударної хвилі змінюються тиск, температура, щільність речовини середовища, а також швидкість її руху щодо фронту ударної хвилі. Всі ці величини змінюються не незалежно, а пов'язані з однією-єдиною характеристикою ударної хвилі, числом Маха. Математичне рівняння, що зв'язує термодинамічні параметри до і після проходження ударної хвилі, називається ударною адіабати, або адіабати Гюгоньо.
Ударні хвилі не мають властивість адитивності в тому сенсі, що термодинамічний стан середовища, що виникає після проходження однієї ударною хвилею можна отримати послідовним пропусканням двох ударних хвиль меншої інтенсивності.
. Походження ударних хвиль
Звук являє собою коливання щільності середовища, що поширюються в просторі. Рівняння стану звичайних середовищ таке, що в області підвищеного тиску швидкість звуку (тобто швидкість розповсюдження збурень) зростає (тобто звук є нелінійною хвилею). Це неминуче призводить до явища перекидання рішень, які і породжують ударні хвилі.
У силу цього механізму, ударна хвиля в звичайному середовищі - це завжди хвиля стиснення.
Описаний механізм пророкує неминуче перетворення будь звукової хвилі в слабку ударну хвилю. Однак у повсякденних умовах для цього потрібна дуже велика час, так що звукова хвиля встигає згаснути раніше, ніж нелінійності стають помітні. Для швидкого перетворення коливання щільності в ударну хвилю потрібні сильні початкові відхилення від рівноваги. Цього можна домогтися або створенням звукової хвилі дуже великій гучності, або механічно, шляхом навколозвукових руху об'єктів в середовищі. Саме тому ударні хвилі легко виникають при вибухах, при близько- і надзвукових рухах тіл, при потужних електричних розрядах і т.д.
. Структура ударної хвилі
Ширина ударних хвиль великої інтенсивності має величину порядку довжини вільного пробігу молекул газу (більш точно - ~ 10 довжин вільного пробігу, і не може бути менше 2 довжин вільного пробігу; даний результат отриманий Чепменом на початку 1950-х ). Так як в макроскопічної газодинаміці довжина вільного пробігу повинна розглядатися рівною нулю, чисто газодинамічні методи непридатні для досліджень внутрішньої структури ударних хвиль великої інтенсивності.
Для теоретичного вивчення мікроскопічної структури ударних хвиль застосовується кінетична теорія. Аналітично завдання про структуру ударної хвилі не вирішується, але застосовується ряд спрощених моделей. Однією з таких моделей є модель Тамма-Мота-Сміта.
. Швидкість поширення ударної хвилі
Швидкість поширення ударної хвилі в середовищі перевищує швидкість звуку в даному середовищі. Перевищення тим більше, чим вище інтенсивність ударної хвилі (відношення тисків перед і за фронтом хвилі): (p уд.волни - p сп.среди)/p сп.среди.
Наприклад, недалеко від центру ядерного вибуху швидкість поширення ударної хвилі у багато разів вище швидкості звуку. При видаленні з ослабленням ударної хвилі, швидкість її швидко знижується і на великій дистанції ударна хвиля вироджується в звукову (акустичну) хвилю, а швидкість її розповсюдження наближається до швидкості звуку в навколишньому середовищі. Ударна хвиля в повітрі при ядерному вибуху потужністю 20 кілотонн проходить дистанції: 1000 м за 1,4 с, 2000 м - 4 с, 3000 м...
