Баротермическое действие взрыва: ударная волна и термическое поражение

Д.О. Морозов; К.Л.  Степанов

doi:10.18321/

Авторы

Д.О. Морозов Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси 220072 Минск, ул. П. Бровки, 15
К.Л. Степанов Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси 220072 Минск, ул. П. Бровки, 15

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

ударная волна, термическое поражение, мишень

Аннотация

Рассмотрены физические, гидродинамические и радиационные процессы, сопровождающие взрывы химических взрывчатых веществ и топливно-воздушных смесей. Разработаны методы описания и программные средства для моделирования гидродинамики взрыва и излучения огненного шара. Описаны используемые широкодиапазонные уравнения состояния продуктов взрыва и воздуха. Определены спектральные оптические характеристики типичных продуктов детонации (сгорания) углеводородов. Выполнены широкомасштабные вычислительные эксперименты, охватывающие последовательные стадии взрыва. Они включают процессы энерговыделения, связанные с детонацией ВВ, формирование, распространение и затухание воздушной ударной волны, тепловое излучение огненного шара. Созданы программные коды для моделирования одномерных гидродинамических и тепловых процессов в ближней зоне взрыва, основанные на уравнениях газовой динамики и переноса излучения. Определены зависимости плотности теплового потока из области, занятой продуктами взрыва, от ее температуры и геометрических характеристик. Получены распределения тепловых нагрузок на мишенях различной ориентации вблизи очага взрыва. Развитые в работе программные средства являются базой для оценки последствий взрывов и снижения рисков чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Созданные модели показали свою работоспособность в широком диапазоне энергий взрыва и условий окружающей среды.

Библиографические ссылки

(1) Физика взрыва / под ред. Л. П. Орленко. В 2 т. М.: Физматлит, 2004.

(2) Взрывные явления. Оценка и последствия: в 2 т. М.: Мир, 1987.

(3) Гельфанд Б. Е., Сильников М. В. Фугасные эффекты взрывов. СПб.: Полигон, 2004. 415 с.

(4) Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. 443 с.

(5) Коробейников В. П. Задачи теории точечного взрыва // Труды Математического института им. В. А. Стеклова. 1973. Т. 119. С. 3–278.

(6) Alhussan K., Stepanov K. L., Stankevich Y. A., Smetannikov A. S., Zhdanok S. A. Hydrodynamics of the initial phase of explosion // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. Vol. 54, Iss. 7–8. P. 1627–1640.

(7) Stepanov K. L., Stankevich Y. A., Smetannikov A. S. Hydrodynamics of explosion: models and software for modeling explosions and estimation of their consequences // Shock Waves. 2012. Vol. 22, No. 6. P. 557–566.

(8) Морозов Д. О., Степанов К. Л. Параметры ударных волн при взрывах топливно-воздушных смесей и конденсированных взрывчатых веществ // Вестник Командно-инженерного института МЧС РБ. 2011. № 2 (13). С. 62–69.

(9) Морозов Д. О., Сметанников А. С., Степанов К. Л. Моделирование динамики взрыва в воздухе: влияние стадии детонации на характеристики течения и параметры ударной волны // Препринт ИТМО НАН Беларуси. 2013. № 3. 31 с.

(10) Мейдер Ч. Численное моделирование детонации. М.: Мир, 1985. 384 с.

(11) Самарский А. А., Попов Ю. П. Разностные методы решения задач газовой динамики. М.: Наука, 1980. 350 с.

(12) Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. М.: Мир, 1972. 418 с.

(13) Станкевич Ю. А., Степанов К. Л., Зенькевич С. М. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа на суперкомпьютерах // Труды междунар. конф. «Суперкомпьютерные системы и их применение». Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2004. С. 181–186.

(14) Степанов К. Л., Станкевич Ю. А. Закономерности взрывных явлений: динамика взрыва и его действие на человека и объекты инфраструктуры // Вестник Командно-инженерного института МЧС РБ. 2009. № 1. С. 53–62.

(15) Stepanov K. L., Stankevich Y. A., Smetannikov A. S. Hydrodynamics of explosion: models and software for modeling explosions and estimation of their consequences // Shock Waves. 2012. Vol. 22, No. 6. P. 557–566.

(16) Садовский М. А. Механическое действие воздушных ударных волн по данным экспериментальных исследований // Механическое действие взрыва. М.: УД МИД РФ, 1994. С. 71–102.

(17) Гельфанд Б. Е., Сильников М. В. Баротермическое действие взрывов. СПб.: Астерион, 2006. 657 с.

(18) URL: http://spechot.iao.ru

(19) URL: http://spectra.iao.ru

(20) Rothman L. S., Gordon I. E., Barbe A., et al. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2009. Vol. 110. P. 533–572.

(21) Степанов К. Л., Станиц Л. К., Станкевич Ю. А. Моделирование теплового излучения взрыва // Инженерно-физический журнал. 2011. Т. 84, № 1. С. 168–193.

(22) Шебеко Ю. Н., Навценя В. Ю. и др. Расчёт основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов. М.: ВНИИПО, 2002.

(23) Степанов К. Л., Станиц Л. К., Станкевич Ю. А. Моделирование теплового излучения взрыва: оценки риска термического поражения людей и возникновения пожаров. Препринт ИТМО НАН Беларуси. 2010. № 1. 48 с.

(24) Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975.

(25) Howell J. R. A Catalog of Radiation Heat Transfer Configuration Factors. URL: http://www.me.utexas.edu/~howell/index.html

(26) Нормы пожарной безопасности МЧС Российской Федерации «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» НПБ 105-03. URL: http://www.0-1.ru/law/showdoc.asp?dp=npb105-03