Физическое и математическое моделирование усиления ударных волн в ударных трубах

• Автор: Фатеев, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 102 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УСИЛЕНИЯ УДАРНЫХ
1.1 Классификация способов локализации и тушения лесных пожаров
1.2 Взаимодействие ударных волн с отражающими преградами
1.3 Экспериментальные методики исследования ударно-волновых процессов
1.4 Математические методы исследования течений газовой динамики
1.5 Объект исследования
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Описание экспериментальных установок и методики проведения экспериментов
2.2 Математическая обработка результатов измерений
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ АНАЛИЗ
3.1 Выбор определяющих процесс параметров и критериев подобия
3.2 Исследование газодинамических параметров ударных волн при использовании диффузорных насадков
3.3 Исследование газодинамических параметров ударных волн при использовании конфузорных насадков
3.4 Исследование газодинамических параметров ударных волн при использовании заслона из твердых частиц
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН В ДЕЗИНТЕГРАТОРЕ НИЗОВЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
4.1 Постановка задачи и основные допущения
4.2 Алгоритм и методы решения
4.3 Результаты математического моделирования и их анализ

5. ЭКСПЕРИМЕНТ А ЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАРНЫХ ВОЛН С ФРОНТОМ НИЗОВОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА
5.1 Экспериментальное исследование ударно-волнового воздействия на фронт низового лесного пожара
5.2 Полезная модель для локализации и тушения низовых лесных пожаров
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Лесные пожары уничтожают деревья и кустарники, заготовленную в лесу древесину. В результате пожаров снижаются защитные, водоохранные и другие полезные свойства леса, уничтожается фауна, сооружения, а в отдельных случаях и населенные пункты. Кроме того, лесной пожар представляет серьезную опасность для людей и сельскохозяйственных животных. Поэтому, усовершенствование методов борьбы с лесными пожарами, является актуальной и важной задачей, вызывающей как научный, так и практический интерес.
Лесной пожар - это стихийное, неуправляемое распространение огня по лесным площадям, в рамках которого имеют место взаимосвязанные процессы конвективного и радиационного переноса энергии [1].
Причины возникновения пожаров в лесных массивах принято делить на естественные и антропогенные. Наиболее распространенными естественными причинами больших лесных пожаров на Земле обычно являются молнии. Размеры пожаров делают возможным их визуальное наблюдение далее из космоса.
Основными причинами возникновения лесных пожаров является деятельность человека, грозовые разряды, самовозгорания торфяной крошки и сельскохозяйственные палы в условиях жаркой погоды или в так называемый пожароопасный сезон (период с момента таяния снегового покрова в лесу до появления полного зеленого покрова или наступления устойчивой дождливой осенней погоды).
Естественные пожары (вызванные молниями), отличаются от антропогенных (вызванных людьми) пожаров. Так, молнии, как правило, попадают в деревья на возвышенностях, и огонь, спускаясь по склону, продвигается медленно. При этом теряется сила пламени, и огонь редко распространяется на большие площади. Антропогенные же пожары чаще

плотностью, которые и должны быть определены по разные стороны поверхности ударного разрыва [11, 15].
Если для конкретного вещества зависимость внутренней энергии от давления и плотности известна, то закон сохранения полной энергии дает возможность определить еще одну величину за ударным разрывом. То есть, при известных давлении, плотности и скорости перед разрывом, то после достаточно знать одно только давление, либо вместо него надо задать скорость распространения ударной волны [11, 15, 43, 44].
Энергию газа можно выразить через известные давление и плотность. Теплоемкость газа - величина постоянная, его энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре. Последняя, по уравнению Клапейрона-Менделеева [1, 2, 11], пропорциональна давлению газа, деленному на его плотность, а следовательно и энергия газа пропорциональна этому выражению. Таким образом, если хотя бы одна из величин, характеризующих разрыв, задана, то это выражение позволяет вычислить любую величину за фронтом ударной волны в газе [11, 15, 43, 44].
Нестационарность и пространственная неоднородность - явления сопутствующие течению газов на практике, при этом имеет место быть резкое изменение параметров газа в скачках уплотнения, изменением свойств газа и т.д. [11, 45]. «Сложность физических явлений и происходящих процессов в газе определяет и сложность математической модели - системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных с соответствующими дополнительными (начальными и граничными) условиями, решение которой имеет свои математические трудности. Аналитические методы исследования уравнений газовой динамики развиваются давно, но, несмотря на это, существует ограниченное число задач, которые могут быть решены аналитически» [11].
С.К. Годуновым для решения нестационарных течений газа предложена монотонная явная схема сквозного счета первого порядка точности. Эта схема не приводит к образованию осцилляции вблизи разрывов, хотя и дает меньшую