Решение: Фугасное действие и давление при взрыве на поверхности

Ниже представлены развернутые ответы на первые вопросы из списка, оформленные для удобного переписывания в тетрадь. 1. Что понимается под фугасным действием? Под фугасным действием понимается работа, совершаемая продуктами взрыва и ударной волной по разрушению, деформации и перемещению окружающей среды (грунта, воды, воздуха) или объектов. Основным показателем фугасности является объем полости, образующейся при взрыве заряда в мягком грунте или свинцовой бомбе Трауцля. В отличие от бризантного действия, которое дробит объект в непосредственной близости, фугасное действие проявляется на более значительных расстояниях и зависит от общей энергии взрыва. 2. Почему при взрыве на поверхности земли давление в воздушной УВ выше, чем при взрыве заряда на высоте? При взрыве на поверхности земли (контактном взрыве) расширяющиеся продукты детонации и ударная волна (УВ) сразу же отражаются от плотной преграды (грунта). Энергия взрыва, которая в свободном воздухе распределялась бы по сфере, в данном случае распределяется в полусферу. Происходит сложение падающей и отраженной волн, что приводит к увеличению давления на фронте УВ. Коэффициент интенсификации давления при отражении от жесткой поверхности может достигать значений: \[ \Delta P_{ref} \approx 2 \Delta P_{inc} \] где \( \Delta P_{ref} \) — давление отраженной волны, а \( \Delta P_{inc} \) — давление падающей волны. 3. Почему при отражении УВ от преграды растет давление на ее фронте? Рост давления обусловлен мгновенным торможением массы воздуха, движущейся за фронтом ударной волны. Кинетическая энергия движущегося потока газа при столкновении с неподвижной преградой переходит в потенциальную энергию сжатия. В результате перед преградой формируется отраженная волна, давление в которой значительно превышает давление в падающей волне. Для сильных волн давление отражения может быть в 8 раз больше давления в падающей волне из-за изменения плотности и показателя адиабаты газа. 4. Что такое регулярное и нерегулярное отражение УВ? Регулярное отражение — это процесс, при котором точка пересечения падающей и отраженной волн находится непосредственно на поверхности преграды. Оно наблюдается при малых углах падения волны. Нерегулярное (маховское) отражение возникает, когда угол падения превышает критическое значение. В этом случае точка пересечения волн (тройная точка) поднимается над поверхностью, и образуется третья, вертикальная волна — «ножка Маха». Давление в маховской волне выше, чем в падающей, и она распространяется вдоль поверхности земли почти без затухания на больших расстояниях. 5. Что понимается под верхним и нижним концентрационными пределами воспламеняемости и детонации для топливовоздушной смеси (ТВС)? Концентрационные пределы — это границы содержания горючего в смеси с окислителем (воздухом), внутри которых возможно распространение пламени или детонации. Нижний предел (НПВ) — минимальная концентрация горючего, при которой смесь еще способна воспламеняться. При меньшем содержании тепла от реакции недостаточно для нагрева соседних слоев смеси. Верхний предел (ВПВ) — максимальная концентрация горючего, выше которой смесь не горит из-за нехватки окислителя (кислорода). Пределы детонации обычно уже, чем пределы воспламеняемости, так как для поддержания сверхзвукового режима (детонации) требуются более жесткие условия энерговыделения. 6. В чем заключаются различия между дефлаграцией и детонацией ТВС? Дефлаграция — это процесс медленного горения, при котором передача энергии происходит за счет теплопроводности и диффузии. Скорость распространения пламени составляет метры или десятки метров в секунду, а давление повышается незначительно. Детонация — это процесс взрывного превращения, при котором химическая реакция инициируется ударной волной. Скорость детонации всегда сверхзвуковая (для ТВС порядка \( 1500 - 2000 \) м/с), а давление на фронте достигает десятков атмосфер, что вызывает катастрофические разрушения. 7. Может ли ТВС детонировать в неограниченном стенками объеме от источника пламени и почему? В неограниченном объеме (открытое пространство) переход горения в детонацию (ПГД) крайне затруднен. Обычный источник пламени (искра, спичка) создает дефлаграцию. Для возникновения детонации в облаке ТВС без стенок необходим либо очень мощный инициирующий заряд ВВ (инициирование детонации сразу), либо наличие турбулизирующих препятствий (деревья, конструкции), которые ускорят пламя до критических скоростей. Без препятствий расширяющиеся продукты горения свободно уходят в стороны, не создавая достаточного сжатия перед фронтом пламени.