Способ гашения ударных волн в жидкости Советский патент 1992 года по МПК B21D26/06 

Изобретение относится к обработке материалов давлением, передаваемым через жидкость от различных взрывных источников: электрического разряда, теплового взрыва токопроводящих элементов, заряда ВВ, газовой детонации, быстрого выхлопа сжатых газов и т.п., и быть использовано, в частности, при прессовании или резке металлов с помощью энергии взрыва.

Известен способ гашения ударных волн (УВ) при импульсной обработке металлов, состоящий в заполнении пространства вокруг источника УВ воздушно-механической пеной на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), заключенной в легкодеформируемую оболочку. Недостатком способа является низкая эффективность гашения вследствие неполной реализации возможностей отбора энергии УВ, а также необходимость применения ПАВ, которые могут приводить к нежелательному загрязнению среды, например, в случае применения способа в открытых водоемах. Оболочка усложняет подготовку к обработке и снижает оперативность.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к изобретению способ гашения УВ в жидкости при штамповке металлов взрывом заряда ВВ, заключающийся в размещении пузырьков газа вокруг источника УВ. Недостатком способа является малая эффективность гашения УВ.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения, для чего пузырьковая завеса создается с положительным градиентом концентрации объемного газосодержания в направлении распространения УВ.

Известно, что волновые процессы в жидкостях с пузырьками газа сильно зависят от объемного содержания газовой фазы в среде. Возрастание газосодержания в направлении распространения УВ (положительный градиент) приводит к постепенному понижению волнового сопротивления газожидкостной среды, которая становится акустически все менее упругой. Ударный импульс, распространяясь в среде с уменьшающимся волновым

сл

ч Ы Ш 4 Ы Ю

сопротивлением, испытывает непрерывные отражения на протяжении всей пузырьковой зоны, вследствие чего его амплитуда значительно уменьшается, а длительность увеличивается, в отличие от случая однород- ной завесы, где происходит однократное отражение ударного импульса на границе чистой жидкости и пузырьковой зоны.

Способ реализуется следующим образом. В жидкую среду, где расположен источ- никУВ, помещают коллектор, состоящий из нескольких параллельных труб с отверстиями, через которые подводится поток пузырьков газа. Коллектор должен иметь такую форму и располагаться так, чтобы ис- точник перед инициированием находился либо во взвеси всплывающих пузырьков, либо так, чтобы пузырьковая завеса отделяла защищаемый объект от источника. Количество отверстий для инжекции пузырьков, приходящихся на единичную площадь, должно увеличиваться при увеличении расстояния от источника УВ, что может быть осуществлено, например, уменьшением шага между отверстиями в трубах коллектора, находящихся дальше от источника, и уменьшением промежутка между самими трубами. Этим создается неоднородность (градиент) газосодержания в пузырьковой завесе в направлении распространения УВ.

Пример. Проведены одномерные расчеты прохождения плоской УВ треугольной формы с амплитудой 0,4 МПа и длительностью 0,8 мс через плоскую пузырьковую завесу, в которой газосодержание изменя- лось линейно от 0,1 до 3,4 при толщине завесы 20 см, а также отражения волны от плоской преграды. Аналогичные расчеты были проведены для случая прохождения волны через однородную пузырьковую за-

весу такой же толщины, содержащей то же суммарное количество газа. Показано, что если в отсутствие завесы максимальное давление, возникающее при отражении УВ на преграде, составляет 0,8 МПа, то с применением пузырьковой завесы с положительным градиентом оно ослабляется в 13 раз до 0,06 МПа. С применением однородной завесы происходит ослабление лишь в 1,5-2 раза.

Расчеты проводились численно на ЭВМ в рамках двухтемпературной с двумя давлениями модели динамического поведения пузырьковой среды.

Использование предлагаемого способа гашения УВ по сравнению с существующими способами позволяет получить существенное повышение эффективности гашения УВ без дополнительного загрязнения окружающей среды. Эти преимущества более всего могут быть полезны при обработке металлов (например, резке металлических конструкций) при помощи энергии взрыва в открытых водоемах для защиты ихтиофауны и различных объектов, расположенных вблизи источника УВ.

Формула изобретения

Способ гашения ударных волн в жидкости при импульсной обработке материалов давлением, передаваемым жидкостью, заключающийся в создании пузырьковой завесы вокруг источника импульсной энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения, пузырьковую завесу создают с положительным градиентом объемного газосодержания в направлении распространения ударных волн.

Использование: обработка материалов давлением, передаваемым через жидкость от различных источников импульсной энергии, взрывные работы под водой. Сущность изобретения: вокруг источника импульсной энергии создают завесу из пузырьков газа с положительным градиентом объемного газосодержания в направлении распространения ударных волн.