Пристрій для визначення стрибка тиску на фронті ударних повітряних хвиль

Застосування сполучених посудин як пристрою для визначення стрибка тиску на фронті ударних повітряних хвиль на фронті ударних повітряних хвиль Сполученими називаються посудини, які з'єднані в нижній частині трубками (Курс физики / Под редакцией академика Н Д Папалекси - том I, МОГИЗ, 1948-С 193) З визначення плине, що сполучені посудини є, переважно, вертикально розташованою фізичною системою з входом та виходом, непреревною відносно руху в ній деякої рідини - наповнювача, з однаковим або ВІДМІННИМ ТИСКОМ на вході та виході системи, при цьому вхід системи розташований по руху наповнювача, вихід - проти З визначення також плине, що геометричні властивості сполучених посудин значення не мають і вони можуть бути як відкритими на вході та виході (неїзольовані відносно довкілля), як напіввідкритими на вході або виході (напівізольовані відносно довкілля), так і закритими і на вході і на виході (ізольовані відносно довкілля) Сполучені посудини дуже поширені при будівництві водогонів та нафтогонів, коли при наявності деякої перешкоди необхідно змінити горизонтальний напрям на вертикальний і через деяку відстань знову перейти до горизонтального Елементом зв'язку горизонтального напряму є сполучені посудини, фіг1, де 1 - напрям руху наповнювача (води або нафти), 2 - оболонка сполучених посудин, 3 - тиск на вході сполучених посудин 4 - тиск на виході сполучених посудин, при цьому необхідно Р1 > Р2 Класичним прикладом відкритої системи сполучених посудин є U-подібні сполучені посудини, відносно яких існує закон - при сталому тиску в ДОВКІЛЛІ у відкритих сполучених посудинах однорідна рідина буде стояти на одному рівні Новою суттєвою ознаку, необхідною і достатньою у всіх випадках, на які поширюються запиту (О 00 ю З 49586 вані обсяги правової охорони, є втілення дією сисстиснення газової суміші на виході системи, при теми сполучених посудин можливості визначення цьому висота наповнювача 2 над рівнем нерівнострибка тиску на фронті ударних повітряних хвиль ваги 8 досягає величини 2 h m a x завдяки виявленню співвідношення між інтенсивВІДПОВІДНО фіг 3 та другому закону механіки ністю зміни тиску на вході та виході системи споНьютона, рівняння руху наповнювача 2 під вплилучених посудин і характером руху наповнювача вом удару має вигляд сполучених посудин в полі сили тяжіння, завдяки (po+Ap)S-[(po+P2)S+2mg]=Mh (1) чого спрощується будова пристрою, зменшуються д е т - 2pSh - маса наповнювача 2 над рівнем витрати на його виготовлення та збільшується нерівноваги 8, потужність вихідного сигналу, який знімається безМ = pSE - загальна маса наповнювача 2, посередньо з пристрою після проходження повз р - ЩІЛЬНІСТЬ наповнювача 2, нього ударних повітряних хвиль g - прискорення сили ТЯЖІННЯ, Суть винаходу пояснюють фігури, де на фіг 2 Е-довжина наповнювача 2, схематично зображено вертикальний переріз U h - зміний шлях руху наповнювача 2 в системі подібної напіввідкритої системи сполучених посукоординат виходу наповнювача дин з прозорою оболонкою в статичному режимі передробочого стану -вихід системи за кілька хвиВ (1) h , так як далі h - друга та перша похілин до очікуваного промислового вибуху у кар'єрі дна шляху руху наповнювача 2 по часу, тобто, або на земній поверхні блокується з'ємною лядою ВІДПОВІДНО прискорення та швидкість наповнювача 1 , але і на вході і на виході системи тиск однако2 вий і дорівнює на той час атмосферному ро, тому Як показує практика, при надмірному імпульснаповнювач 2 знаходиться в рівновазі на рівні рівному збудженні тиску тверде тіло поводить себе як новаги 3 , на виході системи блокований обсяг рідина, зберігаючи, при цьому, свої властивості, а атмосферного тиску має початкову висоту ho - 4 , при помірному імпульсному збудженні тиску рідина вибір якої деякої мірою довільний, але викарбовуповодить себе, як тверде тіло, зберігаючи, при ється ззовні на оболонці сполучених посудин з цьому, свої властивості точністю до півміліметра, система сполучених поЦе приводить до того, що в якісному відносудин, для збереження СТІЙКОСТІ при проходженні шенні при миттєвому імпульсному збудженні ріповітряної ударної хвилі, закріплена на масивній динний наповнювач починає рухатися як тверде основі 5 , горизонтальний переріз сполучених потіло і тому має суттєву шерційність відносно стану судин скрізь однаковий і дорівнює S, а рідина наспокою В кількісному відношенні це приводить до повнювача обов'язково забарвлена в деякий дуже того, що не тільки на разі початковий шлях наповпомітний колір і змочує зсередини стінки сполученювача в сполучених посудинах дорівнює нулю, них посудин На фіг 3 зображено вертикальний переріз U подібної напіввідкритої системи сполучених посудин з прозорою оболонкою в момент проходження над входом системи ударної повітряної хвилі 6 з сумарним тиском ро + Др,-де Др стрибок тиску на фронті ударної повітряної хвилі, який визначається Так як Др^О, то сумарний тиск на фронті ударної повітряної хвилі 6 в момент и проходження над входом системи ро + Др > Ро, і наповнювач 2 одержує миттєве імпульсне збудження - удар, та в наслідок цього починає рухатися проти сили тяжіння на виході, стискуючи обсяг газової суміші на виході системи з початковими тиском ро Фронт ударної повітряної хвилі має кінечний розмір 6 , який набагато перевищує горизонтальний розмір перерізу входу системи сполучених посудин S , тому час руху tR наповнювача 2 під впливом удару набагато менший часу проходження t p фронту ударної повітряної хвилі над входом системи tR « t p , і наповнювач 2 завжди встигає досягти максимальної висоти Пнах, - 7 над рівнем рівноваги 3 до моменту виходу ударної повітряної хвилі за межі отвору входу в напрямку виходу системи В момент досягнення наповнювачем 2 максимальної висоти 7 швидкість наповнювача 2 дорівнює нулю - енергії тиску на фронті ударної повітряної хвилі вже не вистачає для подальшого але й початкова швидкість наповнювача в момент початку руху дорівнює нулю h(0) = 0 Так як час руху наповнювача tR містить долі секунди, процес стиснення газової суміші на виході системи сполучених посудин суттєво ізотермічний, тому для обсягу виходу системи має місце закон Бойля-Марютта (Po+P2)(Vo-V)=poVo С2) при цьому р2«ро V=Sh«V0=Sh0 Нехтуючи в рівнянні (2) членом вищого порядку меншості P2V, маємо Р2 = РО 7— (3) п о Підставляючи (3) в рівняння руху (1) та скорочуючи на нерівний нулю множник S , одержуємо Др = 2pg h + ho (4) Помноживши праву та ліву частини рівняння (4) на нерівний нулю множник h 2pg Дрп = h (5) та інтегруючи (5), маємо 2Дрп = h 2рд де С - довільна стала (6) 49586 ряних хвиль від добутку атмосферного тиску, що існує в момент проходження ударної повітряної хвилі повз систему сполучених посудин, на відноh(0)=0, тому в (6) С = 0, і рівняння (6) набушення максимальної висоти підняття наповнювача ває вигляду сполучених посудин над рівнем рівноваги до початкової висоти блокованого обсягу виходу системи •п2 2Дргі = 2pg h U) сполучених посудин в статичному режимі Застосування сполучених посудин в якості Розглянемо більш детально коефіцієнт при h , пристрою для визначення стрибка тиску на фронті зробивши оцінку в СІ ВІДПОВІДНИХ фізичних параударних повітряних хвиль здійснюється наступним метрів рівняння (7) чином Порядок атмосферного тиску В належно вибраному пункті реєстрації стриб5 [ро] = 10 Па, ку тиску на фронті очікуваної ударної повітряної а порядок початкової висоти системи над рівхвилі надійно встановлюється вищеописана сиснем рівноваги наповнювача тема сполучених посудин фіг 2, а за кілька хвилин [ho=1 до очікуваного промислового вибуху у кар'єрі (або тобто на земній поверхні) одним з відомих способів , наприклад, анероїдом, в околиці пункту майбут7 Па P0_ = 10 ньої реєстрації стрибка тиску вимірюється не збуhQ джений будь-якою сторонньою дією атмосферний Далі, порядок ЩІЛЬНОСТІ наповнювача сполутиск ро та відмічається рівень рівноваги наповнючених посудин вача системи ho, в статичному режимі, після чого вихід системи сполучених посудин надійно блоку3 кг Ы-Ю ється з'ємною лядою 1 м3' Після проходження ударної повітряної хвилі а порядок прискорення сили тяжіння повз установлену систему сполучених посудин, з півміліметрової шкали на ЗОВНІШНІЙ СТІНЦІ виходу .2' сполучених посудин знімається чітко визначена кольором наповнювача величина максимального тобто підняття наповнювача системи h m a x над рівнем рівноваги ho Після зазначених дій обчислюється стрибок Отже, нехтуючи в рівності (7) членом вищого тиску на фронті ударної повітряної хвилі, яка пропорядку меншості, одержуємо рівняння руху напоходила повз пункт спостереження, ВІДПОВІДНО вивнювача 2 сполучених посудин, фіг 2 разу (9) Як раніше було зазначено h(0) = 0, h (8) яке має місце тільки в плині часу руху наповнювача О < t < tR, при цьому, як було зазначено h(tR) = 0 Таким чином, стрибок тиску на фронті ударних повітряних хвиль визначається, ВІДПОВІДНО (8), простою залежністю h (9) 2п де ро - атмосферний тиск в момент проходження ударної повітряної хвилі над входом системи сполучених посудин, h0 - початкова висота блокованого обсягу виходу системи сполучених посудин в статичному режимі, h m a x - максимальне підняття наповнювача сполучених посудин над рівнем рівноваги, яке фіксується наповнювачем безпосередньо на внутрішній СТІНЦІ сполучених посудин (виході системи) з точністю до півміліметра внаслідок забарвлення зсередини стінки сполучених посудин в колір наповнювача Застосування відомої системи сполучених посудин фіг 2 в якості пристрою для визначення стрибка тиску на фронті ударних повітряних хвиль стало можливим завдяки виявленій автором залежності (9) стрибка тиску на фронті ударних повіт Др = р 0 hmax 2h0 Приклад ЗО жовтня 2001 року в кар'єрі № З Новокріворізького гірничо-збагачувального комбінату (м Кривий Ріг), приводився масовий вибух, при цьому подрібнення енергією вибуху маси гірських порід відбувалося на відстані 800м від найближчого житлового масиву В цілях оперативності інформації відносно інтенсивності ударних повітряних хвиль в районі житлового масиву, для реєстрації стрибка тиску на фронті ударних повітряних хвиль було застосовано систему сполучених посудин фіг 2 На час проведення масового вибуху, виміряний анероїдом атмосферний тиск становив 752мм ртутного стовпчика або в паскалях ро= 1,00258 ЮТІа, а початкова висота ho обсягу виходу системи над рівнем рівноваги наповнювача становила ho= 100мм Після проходження ударної повітряної хвилі повз систему сполучених посудин було зафіксовано максимальне підняття наповнювача над рівнем рівноваги на виході системи hmax - І М М , при цьому, завдяки підвищеному тиску згори на виході системи, ця позначка відбивається чітко по горизонталі кольором наповнювача Отже, ВІДПОВІДНО виразу (9), скік тиску на фронті ударної повітряної хвилі в районі житлового 49586 8 ніж використання інших відомих пристроїв, так як масиву в даному разі становив дозволяє оперативно одержати інформацію про 5 1,00258-10 -1 Др = інтенсивність ударних повітряних хвиль простим і 501Па 200 надійним способом при допустимому в 500паскаль, тобто, при даВикористання сполучених посудин в якості ному масовому вибуху на відстані 800 м норматипристрою для визначення стрибка на фронті ударвний тиск на фронті ударної повітряної хвилі в них повітряних хвиль спрощує будову пристрою, цілому було витримано, про що оперативно було зменшує витрати на його виготовлення та збільінформовано адміністрацію НКГЗК шує потужність вихідного сигналу при зростанні Використання сполучених посудин в якості інтенсивності стрибку тиску на фронті ударних пристрою для визначення стрибка тиску на фронті повітряних хвиль ударних повітряних хвиль дешевше та простіше нг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71