第7章爆轰产物的流动及其对介质的作用.ppt

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1、1第第7 7章章 爆轰产物的流动及其爆轰产物的流动及其与物体的相互作用与物体的相互作用2第第7 7章章 爆轰产物的流动及其与物体的相互作用爆轰产物的流动及其与物体的相互作用 凝聚炸药爆轰可形成凝聚炸药爆轰可形成能量密度很高能量密度很高的爆轰气的爆轰气体，而其剧烈的体，而其剧烈的膨胀流动膨胀流动恰恰是造成目标损恰恰是造成目标损伤破坏、或使目标发生推进加速运动的根本伤破坏、或使目标发生推进加速运动的根本原因。原因。3本章主要内容：本章主要内容：7.1 7.1 爆轰产物的一维飞散运动爆轰产物的一维飞散运动 7.2 7.2 爆轰产物对刚壁的作用冲量爆轰产物对刚壁的作用冲量 7.3 7.3 爆炸对物体的

2、驱动加速理论爆炸对物体的驱动加速理论 7.4 7.4 爆炸与可压缩凝聚介质相互作用爆炸与可压缩凝聚介质相互作用 47.17.1 爆轰产物的一维飞散运动爆轰产物的一维飞散运动57.17.1 爆轰产物的一维飞散运动爆轰产物的一维飞散运动 按照气体一维等熵流动理论，爆轰气体产物作按照气体一维等熵流动理论，爆轰气体产物作一维等熵运动时可用下式描述其运动规律：一维等熵运动时可用下式描述其运动规律：（7.1.1）0121201212cuxcucutcuxcucut67.17.1 爆轰产物的一维飞散运动爆轰产物的一维飞散运动由此可得右传简单波、左传简单波的参数方程：由此可得右传简单波、左传简单波的参数方程：

3、右传波：右传波：（7.1.2）左传波：左传波：（7.1.3）式中，式中，是是u的任意函数，由边界条件的任意函数，由边界条件确定。确定。uFtcuxcu112常数 uFtcuxcu212常数 uFuF21,77.17.1 爆轰产物的一维飞散运动爆轰产物的一维飞散运动对于对于=3=3时，时，dx/dt=(udx/dt=(uc)c)为常数，故两簇为常数，故两簇特征线均为直线。这表明，两个方向的波在特征线均为直线。这表明，两个方向的波在迎面交汇后波速仍保持不变。迎面交汇后波速仍保持不变。其复合波的解可表示为：其复合波的解可表示为：（7.1.4）cuFtcuxcuFtcux2187.1.17.1.1 无

4、限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动97.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动 1 1引爆面为自由面引爆面为自由面 设装在刚壁管中的炸药或用膜隔开的气体爆炸设装在刚壁管中的炸药或用膜隔开的气体爆炸混合物，从左端自由面处进行引爆（如图混合物，从左端自由面处进行引爆（如图7.1.1所示）。所示）。107.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动设原始爆炸物密度为设原始爆炸物密度为 ，爆速为，爆速为D。引爆后，。引爆后，爆轰波以爆轰波以D的速度向右传播，同时爆轰波阵的速度向右传播，同时爆轰波阵面后的

5、爆轰产物迅速向左膨胀飞散，即有一面后的爆轰产物迅速向左膨胀飞散，即有一簇稀疏波紧紧跟随爆轰波簇稀疏波紧紧跟随爆轰波CJ面向右传播。面向右传播。由于其传入的区域为爆轰波阵面后所形成的由于其传入的区域为爆轰波阵面后所形成的稳定流动区，故该簇稀疏波为一簇右传简单稳定流动区，故该簇稀疏波为一簇右传简单波，并且是以波，并且是以t0，x0为始发点的中心稀为始发点的中心稀疏波。疏波。0117.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动因此，可用右传简单波方程来描述，即因此，可用右传简单波方程来描述，即 (7.1.5)由初始条件：由初始条件：t0，x0，知，知F1(u)0。

6、此。此时紧跟在爆轰波面后气体产物的参数为时紧跟在爆轰波面后气体产物的参数为CJ参参数，故（数，故（7.1.57.1.5）式中的第二式的常数为：）式中的第二式的常数为：常数cuuFtcux121jjcucu121211121DDD127.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动于是，于是，(7.1.(7.1.5)式可写为式可写为 (7.1.6)联立求解联立求解(7.1.(7.1.6)式得式得 (7.1.7)112DcutxcuDtxcDtxu11111112137.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动由由 和声速公式

7、和声速公式 ，则可得产，则可得产物压力物压力p p和密度和密度 的时空分布规律为：的时空分布规律为：(7.1.8)Ap spc2121212121111DtxccDtxccppjjjj147.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动由于紧跟由于紧跟CJ面的第一道稀疏波（波头）以当地面的第一道稀疏波（波头）以当地的声速向右传播，因此，波头的运动轨迹方程的声速向右传播，因此，波头的运动轨迹方程为：为：(7.1.9)而由于引爆端左侧为真空，有而由于引爆端左侧为真空，有p=0,，故，故c0，故波尾的运动方程可由（，故波尾的运动方程可由（7.1.7.1.7）第二）第

8、二式导出：式导出：(7.1.10)波头、波尾的运动迹线如图波头、波尾的运动迹线如图7.1.11.1所示。所示。Dttcuxjj0Dtx11157.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动当当 时，（时，（7.1.7.1.6）（）（7.1.7.1.10）式变得）式变得简单了。简单了。(7.1.6)(7.1.7)32DcutxcuDtxcDtxu412412167.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动 (7.1.8)(7.1.9)(7.1.10)429164227160303DtxDccDtxDccppjjjjDttc

9、uxjjDtx21177.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动2引爆面为活塞引爆面为活塞 设活塞以设活塞以V运动，则：运动，则：（1）当）当 时，活塞的运动对产物的运时，活塞的运动对产物的运动无影响，产物运动与自由面边界时的情况动无影响，产物运动与自由面边界时的情况相同。相同。（2）当）当 时，产物的飞散将受阻，时，产物的飞散将受阻，这时在活塞附近将出现一个新的运动区域这时在活塞附近将出现一个新的运动区域II，如图如图7.1.2所示。所示。2DVjuVD2187.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动197.1.

10、17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动I区的情况与前面相同，在区的情况与前面相同，在II区中（包括活塞区中（包括活塞面处）面处）uc仍保持常数仍保持常数D/2，而在活塞壁，而在活塞壁面处，产物质点的速度面处，产物质点的速度ub等于活塞速度，即：等于活塞速度，即：（7.1.11）因此：因此：2DcuVubbbDVcb21207.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动II区的区的C+特征线为：特征线为：（7.1.12）所以区域所以区域II是稳定流动区，其解为：是稳定流动区，其解为：（7.1.13）22DVcucubb2DV

11、cVu217.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动区域区域I和区域和区域II的分界线可看作区域的分界线可看作区域II中的一条中的一条C特征线，其方程为：特征线，其方程为：（7.1.14）（3）当）当 时，由（时，由（7.1.14）可以看出，）可以看出，u+cD，出现了强爆轰的情况。且区域，出现了强爆轰的情况。且区域I消失，消失，活塞与爆轰波之间的整个区域皆为稳定流动活塞与爆轰波之间的整个区域皆为稳定流动区域区域II。tDVtcux22juV 227.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动3引爆边界为刚壁面引爆边界

12、为刚壁面 这相当于上述活塞速度这相当于上述活塞速度V0时的情况，此时时的情况，此时气流在活塞壁面处受阻，速度将变为零，即气流在活塞壁面处受阻，速度将变为零，即u=0，这种状态随时间的推移而扩展为一个，这种状态随时间的推移而扩展为一个静止区（静止区（II），在该区内：），在该区内：（7.1.15）因此，因此，02uDcucujj2Dc 237.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动247.1.17.1.1 无限长度药柱爆轰产物的一维流动无限长度药柱爆轰产物的一维流动I区仍为向前简单波区，其解与起爆面为自由区仍为向前简单波区，其解与起爆面为自由面时的解相同。

13、（面时的解相同。（I）区和（）区和（II）区的边界可）区的边界可看为看为II区中的一条区中的一条C特征线，即特征线，即u+c=D/2。这意味着刚壁面的存在只影响这意味着刚壁面的存在只影响 区域区域内的运动。内的运动。2Dtx257.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动267.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动 设刚壁管中有一长为设刚壁管中有一长为l的药柱（的药柱（），左端），左端为引爆面，装药两侧皆为真空。在引爆之后为引爆面，装药两侧皆为真空。在引爆之后当爆轰波尚未达到右端之前，即在当爆轰波尚未达到右端之

14、前，即在 条件条件下，只存在一簇右传中心稀疏波，其运动规下，只存在一簇右传中心稀疏波，其运动规律可用（律可用（7.1.7.1.6）式来描述，流场中各参数）式来描述，流场中各参数的时空分布可用（的时空分布可用（7.1.7.1.7）和（）和（7.1.7.1.8）式）式来进行计算。来进行计算。3Dlt 277.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动在在 时，爆轰波到达右端面（时，爆轰波到达右端面（xl）处，）处，这时将有一簇左传稀疏波传入爆轰产物，这时将有一簇左传稀疏波传入爆轰产物，该簇稀疏波的特征方程为：该簇稀疏波的特征方程为：(7.1.16)其初始条件为

15、其初始条件为 时，时，xl，代入（，代入（7.1.16）式，可得：式，可得：(7.1.17)Dlt uFtcux2Dlt DlculuF2287.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动图图7.1.4 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动 297.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动由图可知，该左传稀疏波传入的区域中已有由图可知，该左传稀疏波传入的区域中已有一簇右传稀疏波一簇右传稀疏波x=(u+c)tx=(u+c)t，故左传波所得之，故左传波所得之处存在两簇相向传播的复合波流动，它们可处

16、存在两簇相向传播的复合波流动，它们可以用下式描述。以用下式描述。(7.1.18)Dlcultcuxtcux307.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动解（解（7.1.18 7.1.18）式得：）式得：(7.1.19)DltlxtxcDltlxtxu2222317.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动相应的压力相应的压力p和密度和密度 的时空分布规律为：的时空分布规律为：(7.1.20)DltlxtxDDltDlxDtxppjj22342227643327.1.2 7.1.2 有限长度药柱爆轰产物的一维流动有限长度药柱爆轰产物的一维流动装药内任一断面装药内任一断面x处左传波到达的时间处左传波到达的时间t应为应为装药爆轰时间（装药爆轰时间（l/D）与左传波波头由）与左传波波头由x=l处处传至传至x断面所需时间之和。断面所需时间之和。由于左传波是以当地的（由于左传波是以当地的（uc）进行传播的，）进行传播的，即在右传波扰动过的区域内的（即在右传波扰动过的区域内的（uc）D/2进行传播的。因此，左传波到达进