Введение к работе
!
- "г j
'АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. -Ударная волна представляет собой область течения газа, где его гидродинамические параметры - давление, плотность и температура скачкообразно изменяются. Ударные волны могут возникать при достаточно быстром (интенсивном) энерговыделении. Примером такого энерговыделения может служить сильный тепловой взрыв в атмосфере. Выделившееся после взрыва тепло за счет лучистого теплопереноса быстро распространяется по неподвижному газу. Нагретый газ в силу возникших при этом температурных градиентов и, соответственно, градиентов давления, приходит в движение и начинает течь от центра взрыва. С течением времени внутри прогретой области формируется ударная волна.
Процессы с образованием ударных волн могут происходить и в других физических явлениях. При искровом и лазерном пробое воздуха, взрывах токопроводящих проволок и пластин, лазерном сжатии углеводородных мишеней возникновение ударных волн является непременным атрибутом. В отличие от сильного теплового взрыва, в некоторых явлениях, например при взрывах токопроводящих проволок, на формирование ударной волны значительное влияние оказывает испаряющееся при взрыве твердое вещество. Это связано со сравнительно низкой на единицу массы плотностью энерговыделения и соответствующей низкой температурой процесса. Вместе с тем, часто массовыделением можно пренебречь и рассматривать возникновение ударной волны только как следствие интенсивных диссипативных процессов в газе.
Ударная волна может возникать при проникновении магнитного поля в электропроводный газ. При этом распространение поля (в приближении магнитной гидродинамики) описывается уравнением диффузионного типа. Движущей силой, определяющей появление ударной волны, служит в этом случае наряду с градиентом температуры и градиент магнитного давления.
Распространению сформировавшейся после теплового взрыва ударной волны посвящено значительное число работ, однако механизм ее образования на начальной стадии интенсивного тепловыделения представлен в публикациях по этой тематике недостаточно. Именно на начальной стадии процесса происходит перераспределение энергии, которое в конечном счете определяет интенсивность ударной волны, скорость ее распространения, распределение параметров за фронтом.
Предлагаемая работа посвящена изучению начального этапа развития динамических возмущений в газе, происходящих под действием интенсивного знерговыделения. Целью работы является определение газодинамических характеристик течения непосредственно после такого воздействия и выявления на этой основе механизма образования ударной волны.
Изучение начальной стадии образования ударной волны в теплопроводном газе было предпринято рядом авторов. Так, Неуважаевым В.Е. проведены детальные расчеты задачи о сильном взрыве с учетом тепловой волны и обусловленного ею течения газа впереди ударной волны, однако лишь для одного показателя нелинейности, который обеспечивал автомодельность. Приближенный метод сращивания теплопро-водностного и адиабатического решений был предложен Коробейниковым В.П. Тепловой взрыв в газе в случае переменной,плотности и больших, но конечных значениях теплопроводности исследован Шидховским В.П. Им хе подробно рассмотрено влияние факторов вязкости и теплопроводности как сингулярных возмущений в уравнениях движения реального газа, установлено существование двух областей проявления сингулярных возмущений -окрестности фронта возмущений и окрестности точки (линии, поверхности), где порождается исследуемое движение - Учет процессов теплопередачи в газе особенно существенен на сармой начальной стадии взрыва, ибо, как показывают теоретические и экспериментальные исследования (Broud G.L., Коробейников В.П.), тепловая волна при взрыве возникает еще до того, как проявляется динамический характер явления. Исследование свойств решений и пример расчета, выполненный Шидловским В.П. для случая точечного сферического взрыва дают представление о формировании ударной волны. В сижу специфики рассмотренного .им асимтотического разложения, построить скачок явно не удалось.
В данной работе впервые в широком диапазоне параметров изучен механизм образования ударной волны на начальном этапе интенсивного энерговыделения, проведены расчеты возникающего при этом гидродинамического течения.
Практическая ценность определяется богатством технических приложе-
ний исследуемого явления. Результатами расчетов можно воспользоваться для оценки механического импульса ударной волны, возникающей при лазерном сжатии мишеней, для определения параметров за ударной волной при искровом разряде, диффузии магнитного поля в плазму и других интенсивных энергетических воздействиях на сплошную среду.
Стадия образования ударной волны часто сознательно исключается из рассмотрения. Начальными данными для расчета при этом служат автомодельные решения, либо эмпирические данные. Так поступают, например, Broud G.L., Zinn J.А. в случае расчета ударной волны для сложных моделей сред, учитывающих диссоциацию и излучение.В этих условиях обоснованность принятых исходных параметров ударной волны особенно важна. Результатами предлагаемой работы можно воспользоваться как исходными данными для сложных газодинамических расчетов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на се-семинарах ОТП АН СССР, секции механики сплошной среды ВЦ АН СССР, кафедры физики МГТУ им.Н.Э.Баумана.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 2 работы.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения
трех глав, заключения, графических материалов, приложения и списка
литературы. Общий объем 121 стр. Библиография включает в себя 88
наименований.