RU2545289C1

RU2545289C1 - Spherical device for study of gases compressibility in high pressure range

Info

Publication number: RU2545289C1
Application number: RU2013144901/05A
Authority: RU
Inventors: Антон Олегович Бликов; Илья Сергеевич Калинин; Владислав Александрович Комраков; Михаил Алексеевич Мочалов; Владимир Александрович Огородников; Алексей Васильевич Романов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-03-27
Also published as: RU2013144901A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device contains explosive charge enclosing the metal enclosure with cavity for gas inlet by means of the pipeline passing through the specified charge and enclosure. From the cavity side the pipeline is made branching at specified angle to the pipeline axis with holes creation in the enclosure. Along the pipeline axis a metal rod is installed. Thermocouple is installed in the metal rod to measure initial temperature of the studied gas.

EFFECT: device ensures high cleanness of the compressed gas due to gas-metal jet exclusion in the pipeline.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений.The invention relates to the field of studies of quasi-isentropic compressibility of gases, such as hydrogen, deuterium, helium, etc., in the megabar pressure range.

Использование экспериментальной техники мощных ударных волн для изучения экстремальных состояний вещества является сегодня основным источником информации о поведении сильносжатой плазмы газов в области рекордно высоких температур и давлений мегабарно-гигабарного диапазона. Будучи экзотическими для земных условий, эти ультраэкстремальные состояния вполне характерны для большинства астрофизических объектов. Кроме того, с плазмой ультрамегабарного диапазона связываются перспективные энергетические проекты по управляемому термоядерному синтезу с инерционным удержанием плазмы и реализации высокотемпературных состояний в сжатом водороде.The use of the experimental technique of powerful shock waves to study extreme states of matter is today the main source of information on the behavior of highly compressed gas plasmas in the region of record high temperatures and pressures of the megabar-gigabyte range. Being exotic for terrestrial conditions, these ultra-extreme states are quite characteristic of most astrophysical objects. In addition, promising energy projects related to controlled thermonuclear fusion with inertial plasma confinement and the implementation of high-temperature states in compressed hydrogen are associated with ultra-megabar plasma.

Эти обстоятельства являются постоянно действующим стимулирующим фактором по экспериментальному изучению свойств неидеальной плазмы водорода, дейтерия и инертных газов, сжатой мощными ударными волнами. Существенно большие давления, превышающие почти на порядок значения давлений однократного ударно-волнового сжатия, при значительном снижении эффектов необратимого нагрева реализуются при квазиизэнтропическом сжатии веществ последовательностью падающих и отраженных от геометрического центра устройства ударных волн.These circumstances are a constantly stimulating factor for the experimental study of the properties of non-ideal plasma of hydrogen, deuterium and inert gases, compressed by powerful shock waves. Significantly high pressures, which are almost an order of magnitude greater than the values of pressures of a single shock-wave compression, with a significant decrease in the effects of irreversible heating, are realized upon quasi-isentropic compression of substances by a sequence of shock waves incident and reflected from the geometric center of the device.

Использованное в работе В.П. Копышев, В.Д. Урлин. Изэнтропическая сжимаемость и уравнение состояния водорода до давления 1 ТПа. В монографии: Ударные волны и экстремальные состояния вещества. Под ред. В.Е. Фортова, Л.В. Альтшулера, Р.Ф. Трунина, А.И. Фунтикова. М.: «Наука», 2000, с. 297-314 - устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит сферический заряд взрывчатого вещества (ВВ), охватывающий металлическую оболочку с полостью для исследуемых газов. Сжатие газа в полости оболочки осуществляется серией сферически сходящихся и отраженных от центра устройства ударных волн, циркулирующих в объеме газа, и под действием стальной оболочки, сходящейся к центру. Этот процесс близок к изэнтропическому, так как после прохождения первой ударной волны дальнейшее сжатие газа происходит практически без заметного набора энтропии. Напуск газа в полость сферической оболочки производится посредством системы наполнения через металлический трубопровод, который проходит через заряд ВВ и оболочку.Used in the work of V.P. Kopyshev, V.D. Urlin. Isentropic compressibility and the equation of state of hydrogen up to a pressure of 1 TPa. In the monograph: Shock waves and extreme conditions of matter. Ed. V.E. Fortova, L.V. Altshuler, R.F. Trunina, A.I. Funtikova. M .: "Science", 2000, p. 297-314 - the device selected as a prototype contains a spherical explosive charge (EX), covering a metal shell with a cavity for the studied gases. Compression of gas in the cavity of the shell is carried out by a series of spherically converging and reflected from the center of the device shock waves circulating in the gas volume, and under the action of a steel shell converging to the center. This process is close to isentropic, since after the passage of the first shock wave, further compression of the gas occurs with virtually no appreciable set of entropy. The gas is admitted into the cavity of the spherical shell by means of a filling system through a metal pipe that passes through the explosive charge and the shell.

Недостатком устройства, выбранного в качестве прототипа, является нежелательное струйное течение из области расположения трубопровода, образующееся при детонации заряда ВВ. Это течение было выявлено в ходе экспериментов с полусферическим макетом устройства-прототипа, в котором в полости металлической оболочки размещали индикаторную оболочку (фиг. 1). На фиг. 2 отчетливо видно возмущение на индикаторной оболочке (показано стрелкой), вызванное струей из области расположения трубопровода. Такая струя засоряет полость с исследуемым газом и существенно ухудшает точность эксперимента.The disadvantage of the device selected as a prototype is an undesirable jet stream from the area of the pipeline, which is formed during detonation of the explosive charge. This flow was detected during experiments with a hemispherical prototype device, in which an indicator shell was placed in the cavity of the metal shell (Fig. 1). In FIG. Figure 2 clearly shows the disturbance on the indicator shell (shown by the arrow) caused by the jet from the area of the pipeline. Such a jet clogs the cavity with the test gas and significantly impairs the accuracy of the experiment.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении точности проводимого эксперимента.The problem to which the invention is directed, is to improve the accuracy of the experiment.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в обеспечении высокой чистоты сжимаемого газа за счет ликвидации образования газометаллической струи из трубопровода.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to ensure high purity of the compressible gas by eliminating the formation of a gas-metal jet from the pipeline.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем заряд ВВ, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством трубопровода, проходящего через указанные заряд и оболочку, новым является то, что трубопровод выполнен расходящимся под заданным углом к оси трубопровода с образованием в оболочке отверстий, вдоль трубопровода установлен металлический стержень.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive device containing an explosive charge, covering a metal shell with a gas inlet cavity by means of a pipeline passing through said charge and shell, it is new that the pipeline is made diverging at a given angle to the axis of the pipe to form the shell of the holes, a metal rod is installed along the pipeline.

Выполнение трубопровода указанным образом с одновременным размещением стержня вдоль его оси позволяет при схлопывании стенок трубопровода под действием заряда ВВ снизить геометрическую кумуляцию энергии на оси трубопровода, где происходит фокусировка ударных волн. При этом не создаются условия для образования газо-металлической кумулятивной струи, т.е. обеспечивается высокая чистота сжимаемого газа. Наличие отверстий, расходящихся под заданным углом от оси трубопровода, позволяет заполнить полость оболочки исследуемым газом.The execution of the pipeline in this way with the simultaneous placement of the rod along its axis allows the collapse of the walls of the pipeline under the action of an explosive charge to reduce the geometric cumulation of energy on the axis of the pipeline, where the shock waves are focused. In this case, conditions are not created for the formation of a gas-metal cumulative jet, i.e. high purity of compressible gas is ensured. The presence of holes diverging at a given angle from the axis of the pipeline, allows you to fill the cavity of the shell with the investigated gas.

Установка внутри металлического стержня термопары позволяет измерить начальную температуру газа в эксперименте.Installing a thermocouple inside the metal rod allows you to measure the initial gas temperature in the experiment.

На фиг. 1 приведена конструкция полусферического макета устройства-прототипа, на фиг. 2 - рентгенограмма опыта с указанным макетом, на фиг. 3 - конструкция заявляемого устройства, на фиг. 4 - рентгенограмма опыта с заявляемым устройством.In FIG. 1 shows the design of a hemispherical layout of the prototype device, FIG. 2 is an x-ray of the experiment with the specified layout, in FIG. 3 - design of the inventive device, FIG. 4 - x-ray experience with the claimed device.

Устройство состоит из заряда ВВ 1 сферической формы, охватывающего металлическую оболочку 2 с полостью 3 для напуска газа от системы наполнения через трубопровод 4, проходящий через заряд ВВ 1 и оболочку 2. Вдоль оси трубопровода 4 установлен полый металлический стержень 5, внутри которого размещена термопара 6. Со стороны полости 3 трубопровод 4 выполнен расходящимся под заданным углом к оси трубопровода, например ~45°, с образованием в оболочке 2 отверстий 7, через которые в полость 3 поступает исследуемый газ. Количество отверстий 7 и угол их расхождения выбираются исходя из геометрических размеров устройства. На фиг. 3 показан наиболее технологичный вариант выполнения конца трубопровода 4 в виде усеченного конуса. Допускается выполнять конец трубопровода 4 цилиндрическим.The device consists of a explosive charge 1 of a spherical shape, covering a metal shell 2 with a cavity 3 for inflowing gas from the filling system through a pipe 4 passing through a charge of a explosive 1 and a shell 2. A hollow metal rod 5 is installed along the axis of the pipe 4, inside of which a thermocouple 6 is placed From the side of the cavity 3, the pipeline 4 is made diverging at a given angle to the axis of the pipeline, for example, ~ 45 °, with the formation in the shell 2 of holes 7 through which the test gas enters the cavity 3. The number of holes 7 and the angle of divergence are selected based on the geometric dimensions of the device. In FIG. 3 shows the most technologically advanced embodiment of the end of the pipeline 4 in the form of a truncated cone. It is allowed to make the end of the pipe 4 cylindrical.

Заявленное устройство работает следующим образом. При подрыве заряда ВВ 1 детонационная волна создает серию сферически сходящихся и отраженных от центра устройства ударных волн, циркулирующих в объеме газа и сжимающих его. Сжатие газа дополнительно осуществляется под действием оболочки 2, сходящейся к центру. Одновременно с этим детонационная волна скользит вдоль стенок трубопровода 4 и последовательно обжимает его стенки по направлению к металлической оболочке 2. При этом конструкция трубопровода 4 устраняет образование газометаллической струи из него, что обеспечивает чистоту исследуемого газа и, как следствие, повышение точности проводимого эксперимента.The claimed device operates as follows. When the explosive 1 charge is detonated, the detonation wave creates a series of shock waves spherically converging and reflected from the center of the device, circulating in the gas volume and compressing it. The compression of the gas is additionally carried out under the action of the shell 2, converging to the center. At the same time, the detonation wave slides along the walls of the pipeline 4 and sequentially compresses its walls towards the metal shell 2. At the same time, the design of the pipeline 4 eliminates the formation of a gas-metal jet from it, which ensures the purity of the test gas and, as a result, increases the accuracy of the experiment.

Представленная на фиг. 4 рентгенограмма эксперимента, проведенного с заявляемым устройством, свидетельствует об отсутствии струйного течения из области трубопровода 4.Presented in FIG. 4 x-ray experiment conducted with the inventive device, indicates the absence of jet flow from the area of the pipeline 4.

Claims

1. The device is spherical in shape for studying the compressibility of gases in the region of ultrahigh pressures, containing an explosive charge, covering a metal shell with a gas inlet cavity by means of a pipe passing through the specified charge and shell, characterized in that the pipe side is diverging at a given angle to the axis of the pipeline with the formation of holes in the shell, a metal rod is installed along the pipeline.

2. The device according to claim 1, characterized in that a thermocouple is installed inside the metal rod.