Экспериментальное исследование распространения ударных волн и волн давления в сыпучей среде

Внедрение: 2021 г.

В данной работе [1] выполнено экспериментальное исследование распространения ударных волн и волн давления в сыпучей среде с селективными свойствами. В качестве гранулированной среды использовался композитный сорбент на основе полых стеклянных микросфер с селективной проницаемостью по гелию. Специальная экспериментальная установка была изготовлена по принципу ударной трубы. Установка включает в себя секцию высокого и низкого давления со ступенчатым изменением ее внутреннего диаметра. Графики давления были получены для разных сечений труб для разных сред. Оценивались время заполнения трубы и скорость волны давления в среде.

Для экспериментального исследования распространения ударной волны в селективно поглощающей сыпучей среде был подготовлен специальный экспериментальный стенд. Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема экспериментального стенда.

Датчики давления расположены вдоль боковой образующей LPC для регистрации изменений давления во время прохождения ударной волны / волны давления. Сигналы с датчиков регистрировались с помощью АЦП E20‑10 с частотой дискретизации 2,5 МГц на канал.

В качестве гранулированной среды в данной работе использовался композитный гранулированный сорбент на основе синтетических полых микросферических частиц МС‑В‑1Л. На рисунке 2 представлены фотографии исходных микросфер МС‑В‑1Л (слева), полученные с помощью электронного микроскопа, и гранул композиционного сорбента на основе микросфер МС‑В‑1Л (справа).

Рисунок 2. Изображение микросфер МС‑В‑1Л, полученное с помощью электронного микроскопа (слева), и фотографии композиционного сорбента на их основе (справа).

На рисунке 3 показаны графики изменения давления на начальных стадиях распространения ударной волны в стенде с засыпкой для случаев использования гелия и воздуха в качестве толкающего газа.

Рисунок 3. Графики для условий засыпки композитным сорбентом.

В результате был разработан, изготовлен, смонтирован и испытан экспериментальный стенд для исследования распространения ударных волн и волн давления сквозь сыпучие среды. В ходе испытаний стенда были получены подробные экспериментальные данные по распространению ударных волн в канале с внезапным расширением и определены его характерные параметры. Получены экспериментальные данные о распространении ударных волн в зернистой среде, образованной селективно проницаемым композитным сорбентом на основе полых микросферических частиц. Определена скорость распространения волн давления в сорбенте, которая составила около 60‑80 м/с.

В текущих условиях эксперимента было выявлено, что заметного влияния селективной проницаемости композиционного сорбента по отношению к гелию на параметры распространения волны давления через гранулированную среду практически не наблюдается.

Источник:
AIP Conference Proceedings 2351, 040014 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0051995

Разработчик: ИТПМ СО РАН, НГАСУ, НГТУ НЭТИ, НГУ, г. Новосибирск