RU2215983C2 - Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) - Google Patents
Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2215983C2 RU2215983C2 RU2000110030A RU2000110030A RU2215983C2 RU 2215983 C2 RU2215983 C2 RU 2215983C2 RU 2000110030 A RU2000110030 A RU 2000110030A RU 2000110030 A RU2000110030 A RU 2000110030A RU 2215983 C2 RU2215983 C2 RU 2215983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- explosion
- substance
- explosive
- container
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42D—BLASTING
- F42D5/00—Safety arrangements
- F42D5/04—Rendering explosive charges harmless, e.g. destroying ammunition; Rendering detonation of explosive charges harmless
- F42D5/045—Detonation-wave absorbing or damping means
Abstract
Description
Область техники. The field of technology.
Изобретение относится к технической физике, а более конкретно к области взрывных работ, повышения безопасности взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях, обеспечения безопасности проведения взрывных работ и, в частности, при обезвреживании взрывоопасных предметов, их разборке или уничтожении раздавливанием или взрывом. The invention relates to technical physics, and more particularly to the field of blasting, improving the safety of explosive objects in emergency situations, ensuring the safety of blasting and, in particular, in the disposal of explosive objects, their disassembly or destruction by crushing or explosion.
Аналоги и их критика. Analogs and their criticism.
Известен способ локализации пыли и газов при взрывах в замкнутых объемах подземных выработок (патент РФ 2010980 БИ 7 от 15.04.94, Е 21 F 5/04), включающий создание в импульсном режиме водяного заслона на пути распространения продуктов взрыва (ПВ) и пыли, возникающих при взрыве. Заслон создают путем опрокидывания сосудов с водой на пути распространения ПВ и пыли. Этот заслон защищает от распространения по выработке ПВ и пыли, возникающих при взрыве. A known method of localization of dust and gases during explosions in confined volumes of underground workings (RF patent 2010980 BI 7 from 04/15/94, E 21 F 5/04), including the creation of a pulsed water barrier in the path of the propagation of explosion products (PV) and dust, arising from the explosion. The barrier is created by tipping the vessels with water along the path of the spread of PV and dust. This barrier protects against propagation through the production of PV and dust arising from the explosion.
Недостатком способа является то, что заслон приводится в действие ударной волной и поэтому в силу инерции не предохраняет от действия ударной волны, т. е. действие способа ограничено - он защищает только от ПВ и пыли, но не защищает от ударной волны. The disadvantage of this method is that the screen is driven by a shock wave and therefore, due to inertia, does not protect against the action of a shock wave, i.e., the action of the method is limited - it protects only from airflow and dust, but does not protect from a shock wave.
Известен контейнер для взрывного устройства (патент РФ 2094754, БИ 30 от 27.10.97, F 42 D 5/04), предназначенный для локализации продуктов взрыва, содержащий металлический цилиндрический замкнутый корпус с оребренными днищами, амортизаторы в виде набора металлических цилиндрических оболочек и пластин, расположенные параллельно днищам и разделенные заполнителем. A known container for an explosive device (RF patent 2094754, BI 30 from 10.27.97, F 42 D 5/04), intended for the localization of explosion products, containing a metal cylindrical closed case with finned bottoms, shock absorbers in the form of a set of metal cylindrical shells and plates, located parallel to the bottoms and separated by a filler.
Устройство обеспечивает защиту окружающей среды при аварийном подрыве взрывоопасного объекта, помещенного в контейнер, путем герметичной локализации продуктов взрыва. The device provides environmental protection during emergency blasting of an explosive object placed in a container by hermetically localizing explosion products.
Вместе с тем при разрушении корпуса локализация продуктов взрыва не достигается, что является недостатком устройства. However, with the destruction of the shell, the localization of explosion products is not achieved, which is a disadvantage of the device.
Прототип и его критика. The prototype and its criticism.
Известен способ ограничения действия взрывных и ударных волн при взрыве в замкнутом объеме (патент США 2397622 US, нац. кл.102-23, МКИ F 42 D 5/00), включающий заполнение объема, в котором производится взрыв, гетерогенной средой в виде порошкообразного или пористого материала, имеющего низкую плотность (перлит, вермикулит). A known method of limiting the effects of explosive and shock waves in an explosion in a confined space (US patent 2397622 US, nats. CL 102-23, MKI F 42 D 5/00), including filling the volume in which the explosion is carried out, a heterogeneous medium in the form of a powder or a porous material having a low density (perlite, vermiculite).
Данный способ позволяет снизить интенсивность ударной волны. This method allows to reduce the intensity of the shock wave.
Возможности перемешивания ПВ, пыли и образующихся при взрыве аэрозолей с гетерогенной средой при данном способе ограничены. Вследствие этого эффективность локализации образующихся при взрыве аэрозолей, ПВ и пыли низка. The possibilities of mixing PV, dust and aerosols formed with the explosion of a heterogeneous environment with this method are limited. As a result, the efficiency of localization of aerosols, airborne dust and dust generated during the explosion is low.
Известен контейнер для взрывного устройства (патент РФ 2082071, БИ 17 от 20.06.97, F 42 D 5/04), предназначенный для ограничения действия взрыва (являющийся прототипом для обоих вариантов заявляемого устройства), содержащий замкнутый корпус с крышкой, составляющие вместе замкнутый объем, в котором размещены взрывное устройство и емкость с разрушаемой при взрыве гибкой оболочкой, заполненная конденсированной средой в виде воды. При взрыве взрывного устройства происходит разрыв емкости, нагрев и испарение воды и поглощение энергии взрыва. A known container for an explosive device (RF patent 2082071, BI 17 from 06/20/97, F 42 D 5/04), designed to limit the effect of the explosion (which is the prototype for both versions of the inventive device), containing a closed case with a lid, together constituting a closed volume , in which an explosive device and a container with a flexible shell destroyed by an explosion are placed, filled with a condensed medium in the form of water. In the explosion of an explosive device, a rupture of the tank occurs, heating and evaporation of water and absorption of the energy of the explosion.
Устройство обеспечивает защиту окружающей среды при аварийном подрыве взрывоопасного объекта, помещенного в контейнер, путем снижения взрывной нагрузки на стенки контейнера. The device provides environmental protection during emergency blasting of an explosive object placed in a container by reducing the explosive load on the container walls.
Недостатком данного устройства является неопределенный характер расположения емкости с водой относительно взрывного устройства и вследствие этого относительно низкая эффективность поглощения энергии взрыва и локализации образующихся при взрыве аэрозолей и ПВ. The disadvantage of this device is the uncertain nature of the location of the container with water relative to the explosive device and, as a result, the relatively low efficiency of absorption of the energy of the explosion and the localization of aerosols and airplanes generated during the explosion.
Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION
В ряде случаев в практике проведения взрывных работ взрывы зарядов взрывчатого вещества (ВВ) проводятся в замкнутом объеме. В частности, существуют бронебашни, бронекупола, предназначенные для проведения взрывных работ в непосредственной близости от производственных помещений. Подобные бронебашни используются для защиты окружающей среды от действия различных факторов взрыва: ударной волны, пыли и газообразных продуктов взрыва. In some cases, in the practice of blasting, explosions of explosive charges are carried out in a confined space. In particular, there are armored towers, armored domes designed for blasting in the immediate vicinity of industrial premises. Such armored towers are used to protect the environment from the effects of various explosion factors: shock wave, dust and gaseous explosion products.
Аналогичные задачи решаются при взрывном обезвреживании взрывоопасных предметов под экранирующим куполом, накрывающим данные предметы (см., например, патент РФ 2080553, БИ 15 от 27.05.97, кл. F 42 D 5/04). Similar problems are solved with explosive disposal of explosive objects under a shielding dome covering these objects (see, for example, RF patent 2080553, BI 15 of 05.27.97, class F 42 D 5/04).
Взрывы зарядов ВВ, находящихся внутри бункеров или зданий ограниченной прочности и герметичности в составе устройств типа защитных контейнеров или защитных транспортных средств, могут стать результатом аварийных факторов или несанкционированных действий. При этом уровень аварийных факторов или мощность средств, применяемых при несанкционированных действиях, может превышать защитные способности рассматриваемых устройств. В этом случае также нет гарантии защиты окружающей среды от действия взрыва и, в частности, от пыли, опасных для жизни и здоровья людей аэрозолей и продуктов взрыва. Explosions of explosive charges inside bunkers or buildings of limited strength and tightness as part of devices such as protective containers or protective vehicles can result from accident factors or unauthorized actions. Moreover, the level of emergency factors or the power of the means used during unauthorized actions may exceed the protective capabilities of the devices in question. In this case, there is also no guarantee that the environment will be protected from the effects of an explosion and, in particular, from dust, aerosols and explosion products dangerous to human life and health.
В этой связи актуальной является задача по созданию способа и устройства для ограничения действия взрыва, обеспечивающих снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение риска выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу (степень их локализации). In this regard, the urgent task is to create a method and device for limiting the action of an explosion, providing a reduction in the explosive load on the walls of a closed volume (in order to preserve the volume or reduce the scale of destruction) and reduce the risk of dust, aerosols and gaseous products of the explosion entering the atmosphere (their degree localization).
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого способа, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема. The technical result achieved by using the proposed method is to reduce the explosive load on the walls of a closed volume (in order to preserve the volume or reduce the scale of destruction) and reduce the level of release of dust, aerosols and gaseous products of the explosion into the atmosphere in case of partial or complete destruction of the volume.
Этот технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного способа, включающего заполнение гетерогенной средой низкой плотности замкнутого объема, в котором осуществляется взрыв, в предлагаемом способе гетерогенную среду низкой плотности (газовзвесь) создают динамически путем ускоренного движения (разгона) слоя диспергированного вещества или слоя жидкости. This technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the known method, which involves filling a closed-loop volume with a low-density heterogeneous medium in which an explosion is carried out, in the proposed method a low-density heterogeneous medium (gas suspension) is created dynamically by accelerated motion (acceleration) of a dispersed substance layer or a layer of liquid.
Ускоренное движение слоя могут создавать давлением сжатого газа. Accelerated motion of the layer can create a pressure of compressed gas.
При этом предложен ряд конкретных вариантов способа создания ускоренного движения слоя давлением сжатого газа:
- в качестве сжатого газа используют ПВ заряда ВВ (это может быть вспомогательный заряд ВВ или основное взрывное устройство (ВУ));
- в качестве сжатого газа используют ПВ газовой взрывчатой смеси (ГВС);
- в качестве сжатого газа используют продукты горения (ПГ) порохов;
- сжатый газ создают посредством импульсного нагрева газа электрическим разрядом.At the same time, a number of specific variants of the method for creating accelerated motion of a layer by pressure of a compressed gas are proposed:
- as a compressed gas use PV explosive charge (this may be an auxiliary explosive charge or the main explosive device (WU));
- as the compressed gas use PV gas explosive mixture (DHW);
- as a compressed gas use the products of combustion (GH) of gunpowder;
- compressed gas is created by pulsed heating of the gas by electric discharge.
Подобных слоев может быть несколько (для обеспечения более равномерного заполнения замкнутого объема газовзвесью). There can be several similar layers (to ensure more uniform filling of the closed volume with a gas suspension).
Ускоренное движение слоя могут создавать проходящей через слой нестационарной ударной волной. Accelerated motion of the layer can create an unsteady shock wave passing through the layer.
Техническим результатом, достигаемым при использовании первого варианта заявляемого устройства, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема. The technical result achieved when using the first embodiment of the inventive device is to reduce the explosive load on the walls of the enclosed volume (in order to preserve the volume or reduce the extent of destruction) and to reduce the level of release of dust, aerosols and gaseous products of the explosion into the atmosphere in case of partial or complete destruction of the volume.
Этот технический результат достигается для первого варианта за счет того, что в отличие от известного устройства, содержащего размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом, в предлагаемом устройстве емкость выполнена в виде слоя, взрывное устройство (ВУ) установлено внутри дополнительного замкнутого объема, образуемого этим слоем, причем слой расположен на расстоянии от внутренней поверхности стенки, образующей замкнутый объем. This technical result is achieved for the first option due to the fact that, in contrast to the known device containing a container located in a confined space with a shell destroyed by explosion, filled with condensed matter, in the proposed device the container is made in the form of a layer, an explosive device (WU) is installed inside additional closed volume formed by this layer, the layer being located at a distance from the inner surface of the wall forming the closed volume.
Кроме того, слой конденсированного вещества может быть расположен симметрично относительно ВУ. In addition, the condensed matter layer may be located symmetrically with respect to the WU.
Техническим результатом, достигаемым при использовании второго варианта заявляемого устройства, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема. The technical result achieved when using the second variant of the claimed device is to reduce the explosive load on the walls of a closed volume (in order to preserve the volume or reduce the scale of destruction) and to reduce the level of release of dust, aerosols and gaseous products of the explosion into the atmosphere in case of partial or complete destruction of the volume.
Для второго варианта этот технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства, содержащего размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненной конденсированным веществом, в предлагаемом устройстве оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки, образующей замкнутый объем, при этом ВУ установлено внутри емкости. For the second option, this technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the known device containing a container located in a closed volume with a shell destroyed by explosion, filled with a condensed substance, in the proposed device the shell of the tank is placed at a distance from the wall forming the closed volume, this WU is installed inside the tank.
Кроме того, оболочка емкости с конденсированным веществом может быть расположена симметрично относительно ВУ. In addition, the shell of the container with the condensed substance can be located symmetrically relative to the WU.
Кроме того, для обоих вариантов устройства в качестве конденсированного вещества в емкости может быть выбрано диспергированное вещество или/и жидкость. В качестве диспергированного вещества может быть выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит. In addition, for both versions of the device as a condensed substance in the container can be selected dispersed substance or / and liquid. Activated carbon, or / and glass beads, or / and silica gel, and / or zeolite can be selected as a dispersed substance.
Сущность способа состоит в следующем. The essence of the method is as follows.
Взрыв как санкционированный, так и несанкционированный, является потенциальным источником ущерба окружающей среде. Источником ущерба являются:
- ударные волны, распространяющиеся в окружающей среде;
- разлетающиеся осколки;
- продукты взрыва;
- аэрозоли, вредные для здоровья людей, и, в частности, радиоактивные аэрозоли.An explosion, whether authorized or unauthorized, is a potential source of environmental damage. The source of damage is:
- shock waves propagating in the environment;
- flying fragments;
- explosion products;
- aerosols harmful to human health, and, in particular, radioactive aerosols.
Существует метод защиты от этого ущерба с применением гетерогенных сред низкой плотности, и, в частности, аэровзвесей диспергированных сред (АДС), и, в том числе, аэровзвеси диспергированных жидкостей (АДЖ) (см., например, патент Великобритании GB 2292997, F 42 D 5/045). There is a method of protection against this damage with the use of low-density heterogeneous media, and, in particular, dispersed air suspension (ADF), including dispersed liquid suspension (ADF) (see, for example, GB Patent GB 2292997, F 42 D 5/045).
АДЖ могут создаваться взрывным способом за счет взрывного разрушения жидкости при взрыве заряда BB, помещенного в емкость с жидкостью с легко разрушаемой оболочкой (Стебновский С. В. Динамика формирования параметров газокапельного потока при взрывном диспергировании жидкого объема. Сборник "Механика разрушения жидкости", вып. 104, с.40, 1992г.) Процесс взрывного преобразования компактного объема жидкости в мелкодисперсную смесь с воздухом состоит из нескольких характерных стадий. Взрыв возбуждает ударную волну, которая распространяется по объему жидкости от места взрыва к поверхности и приводит ее в движение. При отражении волны от поверхности возникает волна разрежения, в которой реализуются растягивающие напряжения, при определенных условиях приводящие к нарушению сплошности жидкого объема. При реализации плоского движения с фронтами волн, параллельными границам жидкости, при определенных параметрах волн реализуется ситуация "откола". В случае неплоской границы жидкого объема или косого падения ударной волны на границу при движении жидкости могут появиться растягивающие напряжения в приповерхностном слое, которые приводят к его фрагментированию. При движении жидких капель в газе (продуктах взрыва или окружающем воздухе) они могут разрушаться вследствие действия аэродинамической нагрузки. AJs can be created in an explosive way due to explosive destruction of a liquid during the explosion of a BB charge placed in a container with a liquid with an easily destructible shell (S. Stebnovsky. Dynamics of the formation of gas-droplet flow during explosive dispersion of a liquid volume. Collection "Mechanics of liquid destruction", vol. 104, p.40, 1992) The process of explosive conversion of a compact volume of liquid into a finely divided mixture with air consists of several characteristic stages. An explosion excites a shock wave, which propagates through the volume of liquid from the place of the explosion to the surface and sets it in motion. When the wave is reflected from the surface, a rarefaction wave arises in which tensile stresses are realized, under certain conditions leading to disruption of the continuity of the liquid volume. When a plane motion is realized with wave fronts parallel to the liquid boundaries, a “spalling” situation is realized for certain wave parameters. In the case of a non-planar boundary of the liquid volume or an oblique incidence of a shock wave on the boundary during the movement of the liquid, tensile stresses may appear in the surface layer, which lead to its fragmentation. During the movement of liquid droplets in a gas (explosion products or ambient air) they can be destroyed due to the aerodynamic load.
В то же время экспериментальные исследования, выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что аэровзвеси могут создаваться в импульсном режиме за счет развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания на неустойчивой границе как жидких, так и псевдожидких (порошкообразных) слоев, движущихся с ускорением под давлением сжатого газа. В качестве сжатого газа могут использоваться продукты взрыва (ПВ) зарядов ВВ, ПВ газовой взрывчатой смеси (ГВС) и собственно сжатый газ. At the same time, experimental studies performed at VNIIEF show that aerosuspensions can be created in a pulsed mode due to the development of hydrodynamic instabilities and turbulent mixing at the unstable boundary of both liquid and pseudo-fluid (powder) layers moving with acceleration under pressure of a compressed gas. As the compressed gas can be used products of the explosion (PV) explosive charges, PV gas explosive mixture (GVS) and the actual compressed gas.
Теоретический анализ явлений, происходящих при прохождении взрывных ударных волн через слой газовзвеси, показал, что подобные слои являются эффективным средством ослабления ударных волн (см., например, Л.В. Альтшулер, Б.С. Кругликов. Затухание сильных ударных волн в двухфазных и гетерогенных средах. ПМТФ, 5, с.24-29, 1984). Такие взвеси могут содержать капельки жидкости или частицы диспергированной твердой фазы. Как показывают численные расчеты, сравнительно небольшие количества диспергированной конденсированной фазы (в виде капель жидкости или пыли) - с объемной долей порядка нескольких процентов - могут в несколько раз снижать амплитуду давления и импульса избыточного давления ударной волны (см., например, Ю.М.Ковалев, А.Ю. Черемохов. Ослабление воздушных ударных волн системой решеток. ВАНТ, сер. Математическое моделирование физических процессов. 3, с.39-43, 1997). A theoretical analysis of the phenomena occurring during the passage of explosive shock waves through a gas suspension layer showed that such layers are an effective means of attenuating shock waves (see, for example, L.V. Altshuler, B.S. Kruglikov. Attenuation of strong shock waves in two-phase and heterogeneous media. PMTF, 5, pp. 24-29, 1984). Such suspensions may contain droplets of liquid or particles of a dispersed solid phase. As numerical calculations show, relatively small amounts of dispersed condensed phase (in the form of droplets of liquid or dust) —with a volume fraction of the order of several percent — can several times reduce the amplitude of the pressure and momentum of the overpressure of the shock wave (see, for example, Yu.M. Kovalev, A.Yu. Cheremokhov, Attenuation of air shock waves by a lattice system, VANT, ser. Mathematical modeling of physical processes. 3, pp. 39-43, 1997).
С другой стороны, краткоживущие АДЖ, создаваемые и импульсном режиме и достаточно быстро оседающие на землю, используются для сорбции аэрозолей из облака взрыва при его перемешивании с дисипергированной средой и, таким образом, существенно ограничивать площадь загрязнения территории, окружающей место взрыва (см. , например, патент Великобритании GB 2292997, F 42 D 5/045). On the other hand, short-lived AJs, created both in a pulsed mode and quickly settling to the ground, are used to sorb aerosols from an explosion cloud when it is mixed with a dispersed medium and, thus, significantly limit the area of pollution of the area surrounding the explosion site (see, for example UK patent GB 2292997, F 42 D 5/045).
Источником энергии создания подобных АДЖ может быть как энергия самого взрыва, от которого осуществляется защита (пассивный метод), так и энергия дополнительного источника (активный метод). The energy source for creating such AJ can be both the energy of the explosion itself, from which protection is carried out (passive method), and the energy of an additional source (active method).
Газовзвесь может создаваться динамически при ускоренном движении слоя жидкости или слоя насыпного диспергированного вещества. Ускоренное движение слоя может быть организовано:
а) в режиме разгона слоя давлением сжатого газа;
б) в режиме прохождения через слой нестационарной ударной волны.A gas suspension can be created dynamically with accelerated movement of a liquid layer or a layer of bulk dispersed substance. Accelerated layer motion can be organized:
a) in the mode of dispersal of the layer by pressure of compressed gas;
b) in the mode of passage through a layer of an unsteady shock wave.
Источником сжатого газа могут быть:
а) вспомогательные источники (ПВ дополнительного заряда ВВ; продукты горения пороков; ПВ газовой взрывчатой смеси: газ, нагретый импульсом электрического разряда). В этом случае создание газовзвеси и заполнение ею объема осуществляют до взрыва основного заряда;
б) ПВ основного заряда ВВ. В этом случае газовзвесь создается в процессе взрыва и разлета ПВ этого заряда и разгона ими слоя жидкости или конденсированной диспергированной среды.The source of compressed gas may be:
a) auxiliary sources (PV of additional explosive charge; products of combustion of defects; PV of gas explosive mixture: gas heated by an electric discharge pulse). In this case, the creation of a gas suspension and its filling of the volume is carried out before the explosion of the main charge;
b) PV of the main explosive charge. In this case, a gas suspension is created during the explosion and expansion of the PV of this charge and their acceleration of a liquid layer or condensed dispersed medium.
Заявляемый способ основан на использовании явлений гидродинамических неустойчивостей и связанного с ними турбулентного перемешивания. При ускорении слоя жидкости сжатым газом на границе газ - жидкость развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора (G.l.Taylor. The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I. Proc.Roy.Soc., v. A120, p. 192, 1950). Неустойчивость Рэлея-Тейлора развивается на границе раздела двух сред разной плотности, движущейся с ускорением, направленным от более легкой среды к более тяжелой. Газ (в том числе и сжатый) практически всегда легче конденсированной среды и поэтому граница сжатый газ - жидкий слой всегда будет неустойчивой. The inventive method is based on the use of the phenomena of hydrodynamic instabilities and the associated turbulent mixing. When accelerating a liquid layer with compressed gas at the gas-liquid interface, the Rayleigh-Taylor instability develops (GlTaylor. The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I. Proc.Roy.Soc., V. A120, p. 192, 1950). The Rayleigh-Taylor instability develops at the interface between two media of different densities, moving with acceleration directed from a lighter medium to a heavier one. A gas (including compressed gas) is almost always lighter than a condensed medium and therefore the boundary between a compressed gas and a liquid layer will always be unstable.
Иная ситуация возникает в случае, когда слой жидкости ускоряется взрывом заряда ВВ, непосредственно контактирующего с ускоряемым слоем. В этом случае реализуется механизм взрывного разрушения жидкости и вместе с тем механизм гидродинамических неустойчивостей. Через слой проходит нестационарная ударная волна, которая скачком сжимает и ускоряет до большой скорости вещество и внешнюю границу слоя и сразу же после этого начинается торможение границы. Вначале при ускорении границы на фронте волны возникает ситуация, соответствующая неустойчивости, индуцированной ударной волной (Richtmyer R.D. Tavlor instability in shock acceleration of compressible fluids. Commun. Pure Appl. Math. , v.13, p.297 (1960); Мешков Е.Е. Неустойчивость границы раздела двух газов, ускоряемой ударной волной. Изв. АН СССР, МЖГ, 5, с.151-158 (1969), и сразу же затем на стадии торможения границы реализуются условия для возникновения неустойчивости Рэлея-Тейлора, когда ускорение направлено от (более легкого) газа (воздуха) к (более тяжелому) веществу слоя. A different situation arises when the liquid layer is accelerated by the explosion of an explosive charge directly in contact with the accelerated layer. In this case, the mechanism of explosive destruction of the liquid and, at the same time, the mechanism of hydrodynamic instabilities are realized. An unsteady shock wave passes through the layer, which abruptly compresses and accelerates to a high speed the substance and the outer boundary of the layer and immediately after this, the boundary is decelerated. Initially, when the boundary is accelerated at the wave front, a situation arises corresponding to the instability induced by the shock wave (Richtmyer RD Tavlor instability in shock acceleration of compressible fluids. Commun. Pure Appl. Math., V.13, p.297 (1960); E. Meshkov E. Instability of the interface between two gases accelerated by a shock wave: Izv. AN SSSR, MZHG, 5, pp. 151-158 (1969), and immediately then, at the stage of braking of the interface, the conditions for the occurrence of Rayleigh-Taylor instability when the acceleration is directed from (lighter) gas (air) to (heavier) layer material.
Развитие начальных возмущений неустойчивой границы газ-жидкость приводит к развитию зоны турбулентного перемешивания (ТП) газа и жидкости и распространению зоны ТП вглубь слоя. В зоне ТП (более легкий) газ проникает в (более тяжелую) жидкость в виде растущих со временем пузырей, а та, в свою очередь, проникает в газ в виде струй. Эти струи на концах дробятся на капли. The development of the initial perturbations of the unstable gas-liquid boundary leads to the development of a turbulent mixing zone (TP) of gas and liquid and the expansion of the TP zone deep into the layer. In the TP zone (lighter), gas penetrates into the (heavier) liquid in the form of bubbles growing over time, and that, in turn, penetrates into the gas in the form of jets. These jets at the ends are crushed into droplets.
Эксперименты, выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что после того, как зона ТП пройдет через слой, процесс фрагментации слоя жидкости и его перемешивание с газом продолжаются, причем ширина слоя раздробленной жидкости растет со временем, т.е. все более и более обширная область газа оказывается перемешанной с жидкостью. В зоне перемешивания жидкость дробится на капли и в результате возникает слой взвеси капель жидкости и газа (газа, ускоряющего слой); со временем ширина слоя газовзвеси растет и по данным экспериментов может вырастать в десятки раз по сравнению с первоначальной толщиной слоя жидкости. The experiments performed at VNIIEF show that after the TP zone passes through the layer, the process of fragmentation of the liquid layer and its mixing with gas continue, and the width of the layer of fragmented liquid increases with time, i.e. an increasingly wide area of gas is mixed with the liquid. In the mixing zone, the liquid is crushed into droplets and as a result, a layer of suspension of droplets of liquid and gas (gas accelerating the layer) appears; over time, the width of the gas suspension layer grows and, according to experiments, it can grow tens of times in comparison with the initial thickness of the liquid layer.
Аналогичным образом происходит расширение и "распухание" слоя диспергированной твердой конденсированной среды, ускоряемого сжатым газом. Эксперименты (Rogue X. , Rodriguez G., Haas J.F., Saurel R. Experimental and numerical envestigation of the shock-induced fluidization of a particoes bed. Shock Waves. (1998) 8, p.29-45) по ускорению слоя шариков из стекла и нейлона диаметром 1-2 мм в канале ударной трубы показывают, что при ускорении слоя воздушной ударной волной наблюдается многократное расширение слоя. Similarly, the expansion and "swelling" of a layer of dispersed solid condensed medium accelerated by a compressed gas occurs. Experiments (Rogue X., Rodriguez G., Haas JF, Saurel R. Experimental and numerical envestigation of the shock-induced fluidization of a particoes bed. Shock Waves. (1998) 8, p.29-45) glass and nylon with a diameter of 1-2 mm in the channel of the shock tube show that when the layer is accelerated by an air shock wave, multiple expansion of the layer is observed.
Аналогичные эксперименты со слоем сыпучей среды были выполнены во ВНИИЭФ. Эти эксперименты показывают, что при ускорении слоя диспергированной среды сжатым газом наблюдается распухание слоя, а затем на границе газ - диспергированная среда развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора, развитие которой приводит к расширению слоя и созданию газовзвеси. Similar experiments with a layer of granular medium were performed at VNIIEF. These experiments show that when the dispersed medium layer is accelerated by compressed gas, the layer swells, and then a Rayleigh-Taylor instability develops at the gas-dispersed medium boundary, the development of which leads to the expansion of the layer and the creation of a gas suspension.
Пусть ускоренного движения слоя, на котором происходит его разрушение (когда фронт зоны турбулентного перемешивания достигает противоположной границы слоя), можно грубо оценить, пользуясь результатами экспериментов. В соответствии с экспериментами, выполненными во ВНИИЭФ, этот путь не превышает двух толщин слоя. Это наблюдение относится к случаю ускорения слой жидкости сжатым газом. Let the accelerated motion of the layer on which its destruction occurs (when the front of the turbulent mixing zone reaches the opposite boundary of the layer) be roughly estimated using the experimental results. In accordance with the experiments performed at VNIIEF, this path does not exceed two layer thicknesses. This observation applies to the case of acceleration of a liquid layer by a compressed gas.
В случае ускорения слоя нестационарной затухающей ударной волной подобный путь будет путем торможения, т.е. составляющей общего пути, определяемой отрицательным ускорением. In the case of acceleration of a layer by an unsteady decaying shock wave, a similar path will be through braking, i.e. component of the general path determined by negative acceleration.
Более точные оценки пути разрушения слоя могут быть определены при помощи численных расчетов на ЭВМ. More accurate estimates of the path of destruction of the layer can be determined using numerical calculations on a computer.
Во всех случаях развитие зоны турбулентного перемешивания на начальной стадии зависит от уровня начальных возмущений, источником которых могут быть искажения формы границы слоя, разнодинамичность ускорения и разноплотность вещества слоя. In all cases, the development of the turbulent mixing zone at the initial stage depends on the level of initial perturbations, the source of which may be distortions in the shape of the layer boundary, varied acceleration, and different density of the layer material.
Источником сжатого газа, ускоряющего слой конденсированного вещества, могут быть:
- ПВ заряда ВВ (это может быть вспомогательный заряд ВВ или заряд ВВ основного ВУ);
- продукты горения порохового заряда;
- ПВ газовой взрывчатой смеси;
- и, наконец, давление сжатого газа может создаваться электрическим разрядом, способным быстро нагреть газ в замкнутом объеме до высокой температуры и соответственно повысить его давление.The source of compressed gas accelerating the layer of condensed matter may be:
- PV explosive charge (this may be an auxiliary explosive charge or explosive charge of the main WU);
- combustion products of the powder charge;
- PV gas explosive mixture;
- and, finally, the pressure of the compressed gas can be generated by an electric discharge capable of quickly heating the gas in a closed volume to a high temperature and, accordingly, increasing its pressure.
Созданная в процессе ускоренного движения слоя (под действием дополнительного источника энергии) газовзвесь существует относительно недолго, пока конденсированная фаза не опадет вниз под действием силы тяжести, однако это время достаточно для проведения взрыва основного заряда, действие которого в объеме с характерным размером в один - несколько метров протекает в течение времени порядка нескольких миллисекунд, что приблизительно на два порядка меньше времени существования слоя газовзвеси (доли секунды). The gas suspension created in the process of accelerated motion of the layer (under the action of an additional energy source) does not exist for a relatively long time until the condensed phase falls down under the action of gravity, however, this time is sufficient to conduct the explosion of the main charge, the action of which in a volume with a characteristic size of one to several meters flows over a period of the order of several milliseconds, which is approximately two orders of magnitude less than the lifetime of the gas suspension layer (fractions of a second).
Разлет образовавшейся газовзвеси приводит к заполнению ею на короткое время замкнутого объема. Заряд основного ВУ подрывается с заданной заранее задержкой относительно подрыва вспомогательного заряда (или зарядов) в момент времени, соответствующий заполнению объема газовзвесью. The expansion of the resulting gas suspension leads to the filling of a closed volume for a short time. The charge of the main WU is blown up with a predetermined delay relative to the undermining of the auxiliary charge (or charges) at a point in time corresponding to filling the volume with a gas suspension.
В случае, когда в качестве источника сжатого газа используются ПВ заряда ВВ основного ВУ, газовзвесь создается в процессе разлета этих ПВ. In the case when the PV of the explosive charge of the main WW is used as a source of compressed gas, a gas suspension is created during the expansion of these PVs.
Подобный механизм получения гетерогенной среды, заполняющей замкнутый объем, по сравнению с прототипом, приводит к неограниченному расширению интервала достигаемых плотностей гетерогенной среды в сторону более низких значений. Заявляемый способ позволяет создавать гетерогенную среду практически любой малой плотности, поскольку нет ограничений (снизу) на массу разгоняемого конденсированного вещества. A similar mechanism for obtaining a heterogeneous medium filling a closed volume, in comparison with the prototype, leads to unlimited expansion of the range of attainable densities of a heterogeneous medium in the direction of lower values. The inventive method allows you to create a heterogeneous medium of almost any low density, since there are no restrictions (from below) on the mass of the condensed matter being accelerated.
Кроме этого, заявляемый способ расширяет возможности применения различных веществ по сравнению с прототипом. В случае прототипа это ограниченный набор: вермикулит и перлит. В заявляемом способе наряду с жидкостями в качестве материала слоя конденсированного вещества может быть использовано практически любое конденсированное вещество, только для твердых веществ требуется предварительно их диспергировать. In addition, the inventive method expands the possibilities of using various substances in comparison with the prototype. In the case of the prototype, this is a limited set: vermiculite and perlite. In the inventive method, along with liquids, practically any condensed substance can be used as the material of the layer of condensed matter, only for solids it is necessary to disperse them first.
При этом достигается возможность снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижение взрывной нагрузки на корпус замкнутого объема. At the same time, it is possible to reduce the intensity of the shock waves and, as a consequence, reduce the explosive load on the enclosure of a closed volume.
Это происходит вследствие реализации возможности интенсивного перемешивания газовзвеси с образующимися при взрыве ПВ аэрозолями и пылью. Вследствие резкого увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицам и соответственно существенно снижается энергия ПВ и ударной волны. This is due to the realization of the possibility of intensive mixing of the gas suspension with aerosols and dust formed during the explosion of PV. Due to a sharp increase in the contact area between heated PV and gases with particles of a heterogeneous medium, the heat removal from the PV to these particles increases and, accordingly, the energy of the PV and the shock wave decreases significantly.
С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей, ПВ и пыли, образующимися при взрыве. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема. On the other hand, due to turbulent mixing and an increase in the area of contact between the PV and particles of a heterogeneous medium, the efficiency of sorption by the latter aerosols, PV, and dust generated during the explosion also increases. Particles of a gas suspension with sorbed PV, aerosols and dust after a short time fall under the action of gravity and, thus, the localization of the latter, i.e. an increase in the degree of localization of PV, aerosols and dust and a decrease in the level of release of dust, aerosols and gaseous PV into the atmosphere in the case of partial or complete volume destruction are achieved.
Может быть несколько источников заполнения замкнутого объема газовзвесью в виде нескольких синхронно разгоняемых подобных слоев (для обеспечения более равномерного заполнения замкнутого объема газовзвесью). There can be several sources for filling a closed volume with a gas suspension in the form of several synchronously accelerated such layers (to ensure a more uniform filling of the closed volume with a gas suspension).
Описанный способ может быть реализован при помощи следующих устройств, являющихся вариантами, сущность которых поясняется ниже. The described method can be implemented using the following devices, which are options, the essence of which is explained below.
Первый вариант устройства: в замкнутом объеме (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр.) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем) помещен заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) и емкость, с легко разрушаемой при взрыве оболочкой. Емкость выполнена в виде слоя, образующего дополнительный замкнутый объем. Слой состоит из конденсированного вещества в виде жидкости или диспергированной среды. Этот слой размещен на расстоянии от стенки замкнутого объема. В то же время ВУ размещено внутри дополнительного замкнутого объема слоя. The first version of the device: in a closed volume (it can be a closed building, an underground mine (adit, mine, etc.) or a building mounted on a massive base or soil, together with the building making up a closed volume) an explosive charge or explosive device (WU) is placed and a container with a shell that is easily destroyed by explosion. The capacity is made in the form of a layer forming an additional closed volume. The layer consists of condensed matter in the form of a liquid or dispersed medium. This layer is placed at a distance from the wall of the enclosed volume. At the same time, the WU is placed inside an additional closed volume of the layer.
При взрыве ВУ реализуется возможность ускорения слоя продуктами взрыва этого заряда и развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания (по механизму ускорения сжатым газом) и, в конечном итоге, возможность создания газовзвеси в замкнутом объеме корпуса. В результате создаются гораздо более благоприятные возможности для образования газовзвеси по сравнению с прототипом, в котором условия образования газовзвеси являются неопределенными. Вследствие увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды резко возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицам и соответственно существенно снижается энергия ПВ и взрывная нагрузка. With the explosion of a WU, it is possible to accelerate the layer by the products of the explosion of this charge and to develop hydrodynamic instabilities and turbulent mixing (by the acceleration mechanism by compressed gas) and, ultimately, the possibility of creating a gas suspension in a closed enclosure volume. As a result, much more favorable opportunities for the formation of a gas suspension are created in comparison with the prototype, in which the conditions for the formation of a gas suspension are uncertain. Due to the increase in the contact area of heated PV and gases with particles of a heterogeneous medium, the heat removal from the PV to these particles sharply increases and, accordingly, the PV energy and explosive load significantly decrease.
С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и резкого возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей, ПВ и пыли, образующимися при взрыве заряда ВВ. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема и сокращение масштабов загрязненной площади земли, окружающей этот объем. On the other hand, due to turbulent mixing and a sharp increase in the area of contact between the PV and the particles of a heterogeneous medium, the efficiency of sorption by the latter aerosols, PV, and dust resulting from the explosion of the explosive charge also increases. Particles of a gas suspension with sorbed PV, aerosols and dust after a short time fall under the action of gravity and, thus, the localization of the latter, i.e. an increase is achieved in the degree of localization of PV, aerosols and dust and a decrease in the level of release of dust, aerosols and gaseous PV into the atmosphere in case of partial or complete destruction of the volume and a reduction in the scale of the contaminated area of the earth surrounding this volume.
Слой конденсированного вещества может быть расположен по возможности симметрично относительно ВУ. Следует отметить, что это наиболее оптимальный вариант расположения ВУ, поскольку при его взрыве осуществляется наиболее равномерная нагрузка на слой и его разгон. The layer of condensed matter can be located as symmetrically as possible relative to the WU. It should be noted that this is the most optimal variant of the WU location, since when it explodes, the most uniform load on the layer and its acceleration are carried out.
Второй вариант устройства: в замкнутом объеме (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр.) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем) помещен заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) и емкость с легко разрушаемой при взрыве оболочкой. Емкость заполнена конденсированным веществом в виде жидкости или диспергированной среды. Оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки замкнутого объема. ВУ размещено во внутреннем объеме емкости и таким образом реализуется возможность, с одной стороны, взрывного разрушения жидкости и, с другой стороны, возможность разлета конденсированного вещества и развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания (при ускорении конденсированного вещества по механизму нестанционной ударной волной) и, в конечном итоге, возможность создания газовзвеси в замкнутом объеме корпуса. The second version of the device: in a closed volume (it can be a closed building, an underground mine (adit, mine, etc.) or a case mounted on a massive base or soil, together with the case making up a closed volume) an explosive charge or explosive device (WU) is placed and a container with a shell that is easily destroyed by explosion. The container is filled with condensed matter in the form of a liquid or dispersed medium. The shell of the tank is placed at a distance from the wall of the closed volume. WU is located in the internal volume of the tank and thus the possibility is realized, on the one hand, of explosive destruction of the liquid and, on the other hand, the possibility of expansion of the condensed matter and the development of hydrodynamic instabilities and turbulent mixing (when accelerating the condensed matter by the mechanism of non-stationary shock wave) and, ultimately, the possibility of creating a gas suspension in a closed enclosure volume.
В результате создаются гораздо более благоприятные возможности для образования газовзвеси по сравнению с прототипом, в котором условия образования газовзвеси являются неопределенными. Вследствие увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды резко возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицами. С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и резкого возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей. ПВ и пыли, образующимися при взрыве заряда ВВ. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема и сокращение масштабов загрязненной площади земли, окружающей этот объем. As a result, much more favorable opportunities for the formation of a gas suspension are created in comparison with the prototype, in which the conditions for the formation of a gas suspension are uncertain. Due to the increase in the contact area of heated PV and gases with particles of a heterogeneous medium, the heat transfer from PV to these particles sharply increases. On the other hand, due to turbulent mixing and a sharp increase in the area of contact between the PV and particles of a heterogeneous medium, the efficiency of sorption by the last aerosols also increases. PV and dust generated during the explosion of the explosive charge. Particles of a gas suspension with sorbed PV, aerosols and dust after a short time fall under the action of gravity and, thus, the localization of the latter, i.e. an increase is achieved in the degree of localization of PV, aerosols and dust and a decrease in the level of release of dust, aerosols and gaseous PV into the atmosphere in case of partial or complete destruction of the volume and a reduction in the scale of the contaminated area of the earth surrounding this volume.
Оболочка емкости с конденсированным веществом может быть расположена по возможности симметрично относительно ВУ. Следует отметить, что это наиболее оптимальный вариант расположения ВУ, поскольку при его взрыве осуществляется наиболее равномерная нагрузка на конденсированное вещество и его разгон. The shell of the container with condensed matter can be located as symmetrically as possible relative to the WU. It should be noted that this is the most optimal variant of the WU location, since when it explodes, the most uniform load on the condensed substance and its acceleration is carried out.
Во всех описанных устройствах в качестве конденсированного вещества может быть выбрано а) диспергированное вещество (в качестве диспергированного вещества может быть выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит); б) жидкость. In all described devices, a) dispersed substance can be selected as a condensed substance (activated carbon, or / and glass beads, or / and silica gel, and / or zeolite can be selected as a dispersed substance); b) liquid.
В прототипе положение емкости с жидкостью относительно стенки замкнутого объема и ВУ является неопределенным и вследствие этого процессы разрушения емкости с жидкостью при взрыве ВУ и образования газовзвеси являются неопределенными, будут иметь случайный характер и поэтому будут малоэффективными. In the prototype, the position of the container with the liquid relative to the wall of the closed volume and the WU is uncertain and, as a result, the processes of destruction of the tank with the liquid during the explosion of the WU and the formation of a gas suspension are uncertain, will be random and therefore will be ineffective.
Все описанные выше варианты устройств имеют потенциально повышенную по сравнению с прототипом эффективность ограничения действия взрыва, поскольку в них положение слоя или емкости с конденсированным веществом задается таким образом, чтобы оптимизировать процесс образования газовзвеси и ее перемешивания с ПВ, в результате чего должно достигаться снижение уровня взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема, что свидетельствует о достижении технического результата. All of the device variants described above have a potentially increased explosion restriction efficiency as compared to the prototype, since in them the position of the layer or container with the condensed substance is set in such a way as to optimize the process of gas suspension formation and its mixing with PV, as a result of which a reduction in the level of explosive loads on the walls of a confined space and a decrease in the level of release of dust, aerosols and gaseous products of the explosion into the atmosphere in case of partial or complete destruction volume, which indicates the achievement of a technical result.
Перечень чертежей. The list of drawings.
На фиг. 1 изображена общая схема устройства для реализации заявляемого способа. In FIG. 1 shows a General diagram of a device for implementing the proposed method.
На схеме позициями обозначены:
1 - основной заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество); 4 - разрушаемая оболочка емкости с конденсированным веществом; 5 - выхлопной ствол; 6 - камера.In the diagram, the positions indicated:
1 - the main explosive charge or explosive device (WU); 2 - wall of a closed volume; 3 - condensed matter (liquid or dispersed substance); 4 - destructible shell of the container with condensed matter; 5 - an exhaust trunk; 6 - camera.
Здесь газовзвесь в замкнутом объеме 2 создается путем разгона плоского слоя конденсированного вещества 3 (жидкости или диспергированного твердого вещества) в канале выхлопного ствола 5, состыкованного с замкнутым объемом 2, давлением сжатого газа в камере 6, присоединенной к выхлопному стволу 5. Давление сжатого газа в камере 6 может создаваться:
а) взрывом вспомогательного заряда ВВ, помещенного в камере 6;
б) взрывом газовой взрывчатой смеси, заполняющей камеру 6;
в) горением порохового заряда, помещенного в камере 6;
г) электрическим разрядом в камере 6.Here, a gas suspension in a
a) the explosion of the auxiliary explosive charge placed in the chamber 6;
b) the explosion of a gas explosive mixture filling the chamber 6;
c) the burning of the powder charge placed in the chamber 6;
g) electric discharge in the chamber 6.
На фиг.2 изображена схема первого варианта устройства для осуществления заявляемого способа. Figure 2 shows a diagram of a first embodiment of a device for implementing the inventive method.
На схеме позициями обозначены:
1 - заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество); 4 - разрушаемая оболочка, удерживающая форму слоя конденсированного вещества 3.In the diagram, the positions indicated:
1 - explosive charge or explosive device (WU); 2 - wall of a closed volume; 3 - condensed matter (liquid or dispersed substance); 4 - destructible shell holding the shape of a layer of
В данном устройстве газовзвесь в замкнутом объеме, образованном полусферической стенкой 2 и плоской поверхностью грунта, создается путем разгона слоя конденсированного вещества 3, помещенного в тонкостенную легко разрушаемую оболочку 4, удерживающую полусферическую (или приближающуюся к ней) форму слоя. Разгон слоя происходит под давлением ПВ ВУ 1. ВУ 1 первоначально помещается в дополнительном замкнутом объеме, образованном слоем конденсированного вещества 3 и поверхностью грунта. In this device, a gas suspension in a closed volume formed by a
Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором в качестве сжатого газа используются ПВ ВУ. Note that in this case, a variant of the inventive method is implemented in which PV WU are used as compressed gas.
На фиг.3 изображена схема второго варианта устройства для осуществления заявляемого способа. Figure 3 shows a diagram of a second embodiment of a device for implementing the inventive method.
На схеме позициями обозначены:
1 - заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество), помещенное в емкость; 4 - разрушаемая оболочка, удерживающая форму емкости.In the diagram, the positions indicated:
1 - explosive charge or explosive device (WU); 2 - wall of a closed volume; 3 - condensed substance (liquid or dispersed substance) placed in a container; 4 - destructible shell retaining the shape of the tank.
В данном устройстве газовзвесь в замкнутом объеме создается взрывом ВУ 1, помещенного в емкость с тонкостенной, легко разрушаемой оболочкой 4, заполненную конденсированным веществом 3. Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором газовзвесь создается при прохождении через конденсированное вещество нестационарной ударной волны. In this device, a gas suspension in a closed volume is created by the explosion of VU 1 placed in a container with a thin-walled, easily
Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата
Газовзвесь может создаваться динамически при ускоренном движении слоя жидкости или слоя насыпного диспергированного вещества. Ускоренное движение слоя может быть организовано:
а) в режиме разгона слоя давления сжатого газа;
б) в режиме прохождения через слой нестанционарной ударной волны.Information confirming the possibility of achieving a technical result
A gas suspension can be created dynamically with accelerated movement of a liquid layer or a layer of bulk dispersed substance. Accelerated layer motion can be organized:
a) in the mode of acceleration of the pressure layer of the compressed gas;
b) in the mode of passage through a layer of a non-stationary shock wave.
Источником сжатого газа могут быть:
а) вспомогательные источники (ПВ вспомогательного заряда ВВ, продукты горения порохов, ПВ газовой взрывчатой смеси и нагрев газа электрическим разрядом). В этом случае создание газовзвеси и заполнение ею объема осуществляют до взрыва основного заряда ВУ;
б) ПВ основного заряда ВУ.The source of compressed gas may be:
a) auxiliary sources (auxiliary explosive charge explosive, powder combustion products, explosive gas explosive mixture and gas heating by electric discharge). In this case, the creation of a gas suspension and its filling of the volume is carried out before the explosion of the main charge of the WU;
b) PV of the main charge WU.
В этом случае газовзвесь создается в процессе взрыва и разлета ПВ этого заряда и разгона ими слоя жидкости или конденсированной диспергированной среды. In this case, a gas suspension is created during the explosion and expansion of the PV of this charge and their acceleration of a liquid layer or condensed dispersed medium.
Представленная на фиг. 1 общая схема устройства позволяет реализовать заявляемый способ в режиме ускорения слой конденсированного вещества сжатым газом. Presented in FIG. 1, a general diagram of the device allows you to implement the inventive method in acceleration mode, a layer of condensed matter with compressed gas.
Основной заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) 1 устанавливают внутри замкнутого объема со стенкой 2 (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр. ) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем). The main explosive charge or explosive device (WU) 1 is installed inside a closed volume with a wall 2 (it can be a closed building, an underground mine (adit, mine, etc.) or a case mounted on a massive base or soil, together with the body making up a closed volume )
При осуществлении способа газовзвесь (гетерогенную среду низкой плотности) в замкнутом объеме создают динамически - путем разгона плоского слоя конденсированного вещества (жидкости, например воды, или диспергированного вещества, например активированного угля) 3 давлением сжатого газа в камере 6. Слой разгоняется в канале выхлопного ствола 5, соединенного с замкнутым объемом 2. В этом случае слой конденсированного вещества удерживается вначале в канале выхлопного ствола 5 тонкостенными оболочками 4, которые легко разрушаются давлением газа в камере 6: оболочка 4 может изготавливаться из хрупких пластмасс или стекла. When implementing the method, a gas suspension (low-density heterogeneous medium) in a closed volume is dynamically created by dispersing a flat layer of condensed matter (liquid, for example water, or dispersed substance, such as activated carbon) 3 by the pressure of compressed gas in the chamber 6. The layer is accelerated in the channel of the exhaust shaft 5, connected to a
Это давление может создаваться импульсно:
а) путем взрыва в камере 6 вспомогательного заряда ВВ;
б) путем заполнения камеры 6 газовой взрывчатой смесью, например водорода с кислородом, при атмосферном давлении и инициирования детонации ее в камере, например, при помощи искрового разряда;
в) путем сжигания в камере 6 порохового заряда;
г) путем электрического разряда в камере 6; при этом происходит нагрев газа и резкое повышение его давления.This pressure can be generated impulse:
a) by explosion in the chamber 6 auxiliary explosive charge;
b) by filling the chamber 6 with a gas explosive mixture, for example hydrogen with oxygen, at atmospheric pressure and initiating its detonation in the chamber, for example, using a spark discharge;
C) by burning in the chamber 6 a powder charge;
g) by electrical discharge in the chamber 6; in this case, the gas is heated and its pressure rises sharply.
Для разрушения оболочек 4 и образования газовзвеси конденсированного вещества вследствие развития неустойчивости Рэлея-Тейлора достаточно небольшое давление порядка нескольких атмосфер. For the destruction of
Заполнение замкнутого объема может осуществляться синхронно из нескольких выхлопных стволов, пристыкованных к камере. В этом случае можно будет получать более однородную газовзвесь в замкнутом объеме. The filling of the closed volume can be carried out synchronously from several exhaust trunks docked to the camera. In this case, it will be possible to obtain a more uniform gas suspension in a closed volume.
Таким образом, заявляемый способ позволяет создать гетерогенную среду низкой плотности в виде газовзвеси, посредством чего повысить степень локализации ПВ, пыли и аэрозолей, а также снизить уровень взрывной нагрузки, что и обеспечит ограничение действия взрыва в замкнутом объеме. Thus, the inventive method allows you to create a heterogeneous medium of low density in the form of a gas suspension, whereby to increase the degree of localization of PV, dust and aerosols, as well as reduce the level of explosive load, which will limit the effect of the explosion in a confined space.
На фиг. 2 представлена схема первого варианта устройства для реализации заявляемого способа, когда газовзвесь создается за счет энергии самого ВУ, подрываемого в замкнутом объеме. В этом случае между стенкой 2 замкнутого объема и ВУ 1 помещается слой конденсированного вещества 3 (жидкости, например воды, или диспергированного вещества, например активированного угля), удерживаемый легко разрушаемыми оболочками 4, изготовленными, например, из хрупких пластмасс либо стекла. Слой конденсированного вещества 3 образует дополнительный замкнутый объем, в котором помещается ВУ 1. Наружная граница слоя конденсированного вещества располагается на расстоянии от стенки замкнутого объема 1, причем это расстояние больше, чем удвоенная толщина слоя конденсированного вещества. In FIG. 2 shows a diagram of a first embodiment of a device for implementing the inventive method, when a gas suspension is created due to the energy of the WU itself, which is undermined in a closed volume. In this case, a layer of condensed substance 3 (liquid, for example water, or dispersed substance, for example activated carbon) is placed between the
В этом случае при взрыве ВУ 1 в замкнутом объеме, ограниченном стенкой 2, разрушение оболочки 4 и ускорение слоя осуществляется в режиме ускорения сжатым газом и обеспечивается полная фрагментация вещества 3 слоя, связанная с развитием неустойчивости Рэлея-Тейлора и зоны турбулентного перемешивания и образования газовзвеси. Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором в качестве сжатого газа используются ПВ ВУ. In this case, when VU 1 explodes in a closed volume bounded by
Модельные эксперименты (в плоской одномерной геометрии: жесткая стенка А - вжатый газ - слой воды - слой воздуха (при атмосферных условиях) - жесткая стенка Б), выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что при ускорении жидкого слоя продуктами взрыва ГВС создается слой газовзвеси, ширина которого со временем может вырасти в несколько десятков раз по сравнению с первоначальной. При этом наблюдалось снижение в несколько раз взрывной нагрузки на стенку Б. Model experiments (in flat one-dimensional geometry: rigid wall A - compressed gas - water layer - air layer (under atmospheric conditions) - rigid wall B), performed at VNIIEF, show that, when the liquid layer is accelerated by hot water explosion products, a gas suspension layer is created, the width which over time can grow several dozen times compared to the original. In this case, a several-fold decrease in the explosive load on the wall B.
Аналогичные эксперименты, в которых сжатый газ содержал радиоактивные аэрозоли (он создавался взрывом заряда ВВ с примесью радиоактивных веществ) подтверждают возможность снижения (в несколько раз) выхода радиоактивных аэрозолей в атмосферу, т. е. даже в случае разрушения корпуса замкнутого объема слой газовзвеси будет резко снизать выход в атмосферу токсичных или радиоактивных аэрозолей, образующихся при взрыве. Similar experiments in which the compressed gas contained radioactive aerosols (it was created by the explosion of an explosive charge with an admixture of radioactive substances) confirm the possibility of reducing (several times) the release of radioactive aerosols into the atmosphere, i.e., even if the enclosure of the closed volume is destroyed, the gas suspension layer will sharply reduce the release to the atmosphere of toxic or radioactive aerosols generated by the explosion.
При этом симметричное положение слоя конденсированного вещества 3 относительно ВУ 1 является оптимальным. In this case, the symmetrical position of the layer of
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает условия эффективного создания гетерогенной среды низкой плотности в виде газовзвеси: повышения сорбции ПВ, аэрозолей и пыли при их перемешивании с гетерогенной средой; снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижения нагрузки на корпус замкнутого объема и тем обеспечивает ограничение действия взрыва в замкнутом объеме. Thus, the claimed device provides the conditions for the effective creation of a heterogeneous low-density medium in the form of a gas suspension: increase the sorption of PV, aerosols and dust when they are mixed with a heterogeneous medium; reducing the intensity of shock waves and, as a consequence, reducing the load on the enclosure of a closed volume and thereby provides a limit to the effect of an explosion in a closed volume.
На фиг. 3 представлена схема второго варианта устройства для реализации заявляемого способа, когда газовзесь создается за счет энергии самого ВУ, подрываемого в замкнутом объеме. В этом случае внутри замкнутого объема, ограниченного стенкой 2, помещается емкость с конденсированным веществом 3 (жидкостью, например водой, или диспергированным веществом, например активированным углем), удерживаемым легко разрушаемой оболочкой 4, изготовленной, например, из хрупких пластмасс либо стекла. В емкости с конденсированным веществом 3 помещается ВУ 1. Наружная граница слоя конденсированного вещества располагается на расстоянии от стенки замкнутого объема 1, причем это расстояние больше, чем характерный размер емкости с конденсированным веществом. In FIG. 3 shows a diagram of a second embodiment of a device for implementing the inventive method, when a gas is created due to the energy of the WU itself, which is undermined in a closed volume. In this case, a container with a condensed substance 3 (a liquid, such as water, or a dispersed substance, such as activated carbon), held by an easily
Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором газовзвесь создается при прохождении через конденсированное вещество нестационарной ударной волны. Note that in this case, a variant of the proposed method is realized in which a gas suspension is created when an unsteady shock wave passes through a condensed substance.
При этом симметричное положение оболочки емкости с конденсированным веществом 3 относительно ВУ 1 является оптимальным. In this case, the symmetrical position of the shell of the container with the condensed
В обоих случаях характерная плотность газовзвеси (концентрация конденсированного вещества в ней) будет определяться соотношением объема конденсированного вещества 3 и объема (замкнутого), образованного стенкой 2. Модельные эксперименты в указанной выше постановке показывают, что слой с объемом Vслоя в процессе разгона продуктами взрыва ГВС образует газовзесь, полностью заполняющую замкнутый объем Vзамк .объема, по крайней мере в случае Vслоя≥1/20 Vзамк .объема (для еще меньших значений объема слоя эксперименты не производились) (т. е. достижима, по крайней мере, концентрация порядка 5%); в то же время нет оснований полагать, что эта величина является пределом.In both cases, the characteristic density of the gas suspension (concentration of condensed matter in it) will be determined by the ratio of the volume of
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает условия эффективного создания гетерогенной среды низкой плотности в виде газовзвеси; повышения сорбции ПВ, аэрозолей и пыли при их перемешивании с гетерогенной средой; снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижения нагрузки на корпус замкнутого объема и тем обеспечивает ограничение действия взрыва в замкнутом объеме. Thus, the claimed device provides the conditions for the efficient creation of a heterogeneous low-density medium in the form of a gas suspension; increase the sorption of PV, aerosols and dust when they are mixed with a heterogeneous medium; reducing the intensity of shock waves and, as a consequence, reducing the load on the enclosure of a closed volume and thereby provides a limit to the effect of an explosion in a closed volume.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000110030A RU2215983C2 (en) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000110030A RU2215983C2 (en) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000110030A RU2000110030A (en) | 2002-01-27 |
| RU2215983C2 true RU2215983C2 (en) | 2003-11-10 |
Family
ID=32026387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000110030A RU2215983C2 (en) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2215983C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2691721C1 (en) * | 2015-09-01 | 2019-06-17 | Зе Юниверсити Оф Сидней | Explosive composition |
| US10801823B2 (en) | 2018-02-20 | 2020-10-13 | Dyno Nobel Inc. | Inhibited emulsions for use in blasting in reactive ground or under high temperature conditions |
-
2000
- 2000-04-24 RU RU2000110030A patent/RU2215983C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2691721C1 (en) * | 2015-09-01 | 2019-06-17 | Зе Юниверсити Оф Сидней | Explosive composition |
| US11203555B2 (en) | 2015-09-01 | 2021-12-21 | The University of Sydney Commercial Development & Industry Partnerships | Blasting agent |
| US10801823B2 (en) | 2018-02-20 | 2020-10-13 | Dyno Nobel Inc. | Inhibited emulsions for use in blasting in reactive ground or under high temperature conditions |
| US11346643B2 (en) | 2018-02-20 | 2022-05-31 | Dyno Nobel Inc. | Inhibited emulsions for use in blasting in reactive ground or under high temperature conditions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7421936B2 (en) | Systems and methods for explosive blast wave mitigation | |
| Love et al. | Catastrophic impacts on gravity dominated asteroids | |
| US8590437B2 (en) | Blast effect mitigating assembly using aerogels | |
| US20070144337A1 (en) | Method and apparatus for shock wave mitigation | |
| RU2215983C2 (en) | Method limiting effect of blast in closed space and device for its implementation ( variants ) | |
| Moore | The design of barricades for hazardous pressure systems | |
| EP3187666B1 (en) | Structure of a facility for demining, investigating and testing of an explosive device | |
| EP0706596B1 (en) | Acoustic/shock wave attenuating assembly | |
| Chernyshov et al. | Brief Review of Modern Devices for Blast Mitigation | |
| US3804017A (en) | Method for mitigating blast and shock transmission within a confined volume | |
| RU2305252C2 (en) | Explosion-proof shield | |
| ES2835998T3 (en) | Structure of a facility for demining, investigation and testing of an explosive device | |
| US3397756A (en) | Reduction of explosive shock and noise by dispersion of water particles | |
| RU2224976C1 (en) | Device "vodopad" for localization of actions of blasting mechanisms | |
| Gubin | Shock waves in porous media | |
| Zanotti et al. | Assessment on small bodies impacts and fragments plume dynamics modelling through sph with lsdyna solver | |
| Mashee | Estimation the blast wave pressure effecters by apply Remote Sensing (RS) and Geographic Information System (GIS) techniques | |
| RU2728003C1 (en) | Method to increase npp explosion safety | |
| RU2081466C1 (en) | Method for confinement of gas-aerosol ejection | |
| CN219167570U (en) | Flame-retardant dust-proof directional explosion venting device | |
| Wang et al. | Damage analysis of explosion blast wave to rocket structure and payload | |
| WO2005057126A1 (en) | Vodopad explosive ammunition impact containment device | |
| RU2130563C1 (en) | Device for localization of products of explosion | |
| Zhang et al. | Investigation on the Protection of the End Cover of the Cylindrical Containment Vessel | |
| Prörtner | Gas cloud explosions and resulting blast effects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080425 |