Исследование распределения электропроводности в детонационной волне

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Исследование распределения электропроводности в детонационной волне

Постолова

Светлана Владимировна

Содержание

1. Введение

2. Теория

3. Эксперимент

4. Результаты

5. Заключение

6. Библиографический список

детонация насыпной октоген электропроводность

1.Введение

Несмотря на многочисленные исследования в области взрыва ряд физических процессов, сопутствующих детонации взрывчатых веществ, в настоящее время изучен недостаточно полно. К подобным явлениям относится высокая электропроводность продуктов взрыва в детонационной волне. Электропроводность является одной из важнейших характеристик продуктов детонации. Электропроводность следит за состоянием вещества в детонационной волне, следовательно, детально изучив явление электропроводности, можно получить информацию об экстремальном состоянии вещества.

Полученные значения электропроводности лежат в интервале от 0.1 Ом^-1см^-1 до 100 Ом^-1см -¹. Такие значения величины электропроводности приведены, например, в работе [1].Электропроводность продуктов взрыва вблизи фронта детонации изучается уже более 50 лет, однако на данный момент нет единого мнения относительно природы этого явления, что в первую очередь объясняется отсутствием достаточного количества достоверного экспериментального материала, а также своеобразным состоянием вещества в детонационной волне. Отсутствие общепризнанной модели проводимости сдерживает применение методов электропроводности к исследованию физики детонации и ударных волн, приводит к ошибочной интерпретации экспериментальных результатов, сдерживает развитие взрывных технологий.

2. Теория

Как будет видно в дальнейшем, в нормальной детонационной волне существует 2 зоны электропроводности. Зона высокой электропроводности, коррелирующая по ширине с зоной химической реакции, и зона низкой проводимости в равновесных ПД. Общепринятого описания механизма электропроводности пока нет. Гипотеза сеточной проводимости полагает, что свободный углерод, содержащийся в ПД, в детонационной волне конденсируется в графит, частицы графита выстаиваются в «сетку», обеспечивая, таким образом, проводимость. Однако эта гипотеза описывает только проводимость тротила. Гипотеза ионной проводимости. Описывает случай, когда в детонационном фронте не удается обнаружить зону высокой проводимости. Гипотеза электронной проводимости. Электроны проводимости возникают в результате термической ионизации, поддержанной высокими плотностями при детонационных давлениях.

3. Эксперимент

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Блок-схема измерительной линии: 1 - сигнал на запуск генератора импульсов для подрыва детонатора 2 - сигнал на запуск генератора тока

3 - инициирующий сигнал на подрыв детонатора

4- подача постоянного тока на измерительный контур

5 - сигнал напряжения на измерительных электродах

6 - загрузка результатов на персональный компьютер

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Измерительная ячейка

Измерительная линия

Измерительная линия состоит из:

· генератора импульса запуска Г5-15

· высоковольтного генератора импульсов

· высоковольтного детонатора ЭДВ-1.

· генератора постоянного тока, реализованного на разрядке конденсатора емкостью 100 мкФ через сопротивление R таким образом, что характерное время разрядки RC контура много больше времени исследуемого процесса.

· Осциллограф Tektronix TDS 2022 и осциллограф Tektronix TDS 210

· взрывной камеры №6, рассчитанной на подрыв заряда тротила, не превышающего 200 г по массе.

С генератора импульса запуска Г5-15 сигнал подается на генератор постоянного тока и на высоковольтный генератор импульсов. По сигналу запуска срабатывает генератор постоянного тока, подаваемого во взрывную камеру и пропускаемого через измерительную ячейку. С запаздыванием примерно в 6 мкс, относительно момента запуска генератора тока, высоковольтный генератор импульсов вырабатывает на короткое время сильный ток, который подаётся на детонатор, расположенный во взрывной камере, в результате чего детонатор подрывается и инициирует детонацию взрывчатого вещества. Сигналы напряжения, возникающие на электродах измерительной ячейки, подаются на осциллограф.

Измерительная ячейка

Измерительная ячейка состоит из:

· генератора плоской волны

· оболочка из оргстекла

внешний цилиндрический электрод, коаксиально расположенный по отношению к внутреннему электроду-стержню.

· Шунтирующее сопротивление R₀=4.9 Ом_.

Все пространство внутри оргстеклянной оболочки, включая пространство между электродами, заполняется октогеном.

Подрыв детонатора инициирует детонацию взрывчатого вещества, расположенного под ним, что вызывает детонацию в генераторе плоской волны. Далее плоская детонационная волна распространяется по ВВ внутри оргстеклянной оболочки. Сопротивление продуктов детонации между электродами R_x до прихода на них детонационной волны практически равно бесконечности и становится соизмеримым с сопротивлением шунта в момент, когда фронт детонации достигает металлических электродов. Падение напряжения на участке АВ через коаксиальный кабель подается на осциллограф.

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3

4. Результаты

Измерение осуществлялось при помощи осциллографа со ждущей разверткой. Падение напряжения, снимаемое с R₀, подавалось сразу на 2 осциллографа, один выставлен на запуск по возрастающему фронту, он снимает осциллограмму, позволяющую увидеть полную картину процесса. Второй осциллограф выставлен на запуск по падающему фронту, он снимает осциллограмму с того момента, как между электродами появляется проводимость.

Рис. 4. общая осциллограмма

Рис.5

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.6 стрелками обозначена область, подвергшаяся моделированию

По измеряемому напряжению вычисляется сопротивление продуктов детонации:

R_x = R_оU_x/(U_o - U_x)

где U_o и U_x - соответственно напряжение на электродах до момента подхода детонационной волны к вершине электродов и после прихода зоны высокой проводимости, R_о =4.9 Ом- сопротивление шунта.

Рис 7.зависимость R_x от времени в зоне моделирования

Обратное значение сопротивления - проводимость, которая воспроизводилась как кривая зависимости от времени.

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8.

Поведение электрических зарядов удовлетворяет уравнению непрерывности.

Время ф установления стационарного распределения электрического поля определяется электропроводностью продуктов детонации и оказывается равным 10^-11-10^-12с, что гораздо меньше всех детонационных времён.

Малость величины ф позволяет упростить уравнение непрерывности.

Тогда уравнение непрерывности выглядит таким образом

.

Использовав закон ома

,

перейдем к уравнению следующего вида

.

Откуда получаем уравнение

.

Член для применённой цилиндрической геометрии существенен только в краевом эффекте. Для того, чтобы получить полезную информацию при восстановлении электропроводности, умышленно не учитывался краевой эффект. Это позволяет, используя уравнение Лапласа , получить для восстановления электропроводности выражение:

,

где b=10 мм и а=3 мм - диаметры наружного и внутреннего электродов, D - скорость детонации, определяется как отношением длины измерительных электродов к времени прохождения детонационной волны по электродам. Длина электродов 15 мм, время прохождения детонационной волны по электродам есть разность между тем, как волна пришла на верхний край, и тем когда начнет стекать с нижнего.

Из осциллограммы на рисунке 4 видно, что в промежутке времени 2-6 мкс есть 3 области:

1. Спад, соответствует отрезку времени, когда зона проводимости, следующая за инициирующей ударной волной, натекает на электроды.

2. Напряжение выходит на постоянное значение, значит, зона проводимости полностью находиться на электродах, движется по ним.

3. Зона проводимости стекает с электродов. электропроводность была восстановлена и по первой и по третьей области.

Рис.6.электропроводность

Как видно, вычисление по набегающей и по сходящей волне дает разный результат. Восстановление по набегающей волне является менее достоверным, поскольку имеет место искривление линий электрического поля, а, следовательно, и линий тока.

5. Заключение

В результате работы было получено распределение электропроводности насыпного октогена при нормальной детонации с высоким временным разрешением.

Выявлена структура зоны проводимости, состоящая из двух зон электропроводности.

6. Литература

1.Бриш А.А., Тарасов М.С., Цукерман В.А. Электропроводность продуктов взрыва конденсированных взрывчатых веществ. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1959. Т.37. Вып. 6, С. 1543.

2 Зубков П.И., Лукьянчиков Л.И. Электропроводность продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ. ТМН гидродинамика высоких плотностей энергии, 2009. стр. 112-131

Размещено на Allbest