超压测试方法对炸药TNT当量计算结果的影响

用地面和空中冲击波超压测试系统测定了TNT和B炸药爆炸的马赫反射波超压和入射冲击波超压,计算得到不同测试条件下TNT爆炸冲击波超压的经验公式和B炸药的TNT当量。结果表明,马赫反射波超压大于入射冲击波超压,马赫反射波超压与入射冲击波超压比值随实验中对比距离的增加而增加。由马赫反射波超压和入射冲击波超压计算得到的B炸药TNT当量比分别为1.40和1.32。认为以空中入射冲击波超压测试结果计算得到的TNT当量更真实。     

高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波特性

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律;建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压;海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%;随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%;随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%;不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似;高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。     

小药量新型燃料空气炸药爆炸效应的实验研究

讨论一次引爆FAE燃料配方，实验测定了空气冲击波超压和冲量随距离的变化曲线，实验结果表明，固态敏化燃料中加入一定比例的金属粉，可以相应提高冲击波超压和冲量，增加FAE的爆炸威力。     

TNT、PBX和Hexel空中爆炸冲击波参数的实验研究

利用空中爆炸测试系统,对相同质量不同密度不同装药的TNT、PBX和Hexel进行了空中爆炸参数测试。比较了3种炸药在相同测点处的冲击波峰值超压和冲量的大小。研究了冲击波峰值超压和冲量与比例距离的关系。结果显示,TNT的冲击波峰值超压和冲量明显低于PBX和Hexel;在比例距离（1．8～4．9）m／kg^1/3。范围内,Hexel的冲击波峰值超压和冲量高于PBX。当比例距离为6．1m／kg^1/3时,Hexel的冲击波峰值超压和冲量与PBX相当。     

炸药空中与水中爆炸冲击波超压的换算关系

通过经验公式分析及模拟实验研究,对炸药装药空中与水中爆炸产生的冲击波超压换算关系进行了研究.结果表明,当比例距离r=R/W1/3的取值范围在1.5～2.5时,炸药装药空中与水中爆炸冲击波超压有定量的换算关系,并拟合出确定的换算公式.通过理论和经验数据分析,得出其他装药水中冲击波超压TNT当量的换算方法,冲击波参数TNT当量应根据炸药水中爆炸的冲击波能进行换算.通过对比证明,根据冲击波参数TNT当量修正后的经验公式计算结果精度可以满足工程设计使用.     

TNT空中爆炸超压的相似律

利用高分辨率、高精度试压系统测定了静爆试验中不同装药量TNT的冲击波超压。依据试验数据,提出了描述冲击波超压峰值与比例距离关系的改良经验式,并与试验数据和文献值进行了对比分析。结果表明,系统的相对偏差小于5.3%,与文献数据相对偏差的平均值为5.61%,拟合的新公式可应用于战斗部爆炸威力评估和理论计算。     

TNT爆炸的数值计算及其影响因素

应用LS-DYNA有限元程序建立了模拟TNT爆炸的数值计算模型并进行了空爆冲击波超压等数值计算。通过数值计算结果与经验公式和试验数据的对比分析,验证了计算模型和参数取值的可信性。基于数值计算结果,分析了炸药材料参数、TNT药量、单元网格密度、建模方式、空气域形状和炸药形状等参数变化对爆炸冲击波超压的影响。结果表明,与试验结果相比,数值计算结果可以作为爆炸冲击波超压的下限值,而Henrych公式、Sadovskyi公式和GB6722-2003公式给出的是超压的中位和下位值;炸药材料参数的取值、单元网格密度和炸药形状对数值模拟结果的影响与比例距离相关,比例距离小于2.0时,不能忽视其影响;冲击波超压会随TNT药量的增加而小幅度增加,但建模方式和空气域形状对数值计算结果的影响可以忽略不计。     

聚四氟乙烯装置爆炸事故后果模拟

对聚四氟乙烯装置中危险性较大的四氟乙烯单体计量槽进行了爆炸事故后果模拟计算，绘制出了冲击波超压-距爆炸中心距离对数曲线，进而估算出了爆炸发生后不同的伤害、破坏作用距离。     

负压条件下球形爆炸容器内乳化炸药冲击波参数研究

为了探究负压条件下乳化炸药冲击波参数，在4m直径可调真空度球形爆炸容器内，开展不同负压和不同药量条件下的乳化炸药内爆实验，获得冲击波的超压时程曲线，重新拟合了乳化炸药在不同负压环境下的峰值超压公式和正压冲量公式。结果表明，乳化炸药质量每减少50g,峰值超压平均下降27%;环境压力每降低20kPa,峰值超压平均下降8.66%;乳化炸药在不同负压环境下的正压冲量约为单质炸药的81.3%;负压条件下的乳化炸药峰值超压和正压冲量实验值与传统经验公式相比误差均大于10%,而基于常压实验值拟合的公式与不同工况下的实验值误差均小于4%,能够精确预测不同负压环境下乳化炸药的冲击波参数。     

壳体约束强度对温压炸药空中爆炸性能的影响

为评估壳体约束强度对温压炸药爆炸性能的影响,对不同壳体约束强度下的固体温压炸药进行野外静爆试验,用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,相同装药条件下,裸装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值大于带壳装药;铝壳体装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值较钢壳体装药高;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值及冲量与试验结果吻合较好,且裸装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较带壳装药早,铝壳体装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较钢壳体早;初始冲击波超压值受壳厚影响较大,壳体的存在使冲击波的传播滞后。     

圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

甲烷爆炸对建筑物内外压力场分布的影响

天然气泄漏导致的预混爆炸，会严重威胁周围人员的生命及财产安全，因此掌握气体预混爆炸在建筑物周围产生压力场的分布至关重要。基于Fluent软件，建立了适用于甲烷无约束爆炸超压的计算模型，并通过实验数据对其修正，结果表明：在化学计量浓度下参与燃烧爆炸的预混气体体积约为总体积的1/3，即当量体积。在此基础上建立了适用于甲烷约束爆炸的仿真模型，分析了建筑物高度和宽度对建筑周围压力场的影响，并进一步研究了气体爆炸对建筑物内部压力场分布的影响。结果表明，在建筑物不失效前提下，背对爆炸源一侧中上部为较安全区域，在紧急爆炸事故中，盲目的向下逃生，反而容易受到爆炸超压的强烈冲击。     

Analyse der potentiellen Explosionswirkung von kurzzeitig in die Atmosphäre freigesetzten Brenngasmengen. Teil I: Gesetze der Wolkenausbreitung und -deflagration aus Berstversuchen an Modellbehältern

Explosion hazard analysis of inflammable gas released spontaneously into the atmosphere . The processes of flash evaporation, atmospheric vapour cloud formation ignition and explosion after the bursting of vessels containing liquefied gas have been studied by model experiments with propylene heated up to 70°C and pressurized to 60 bar. The experiments have shown that a blast wave with considerable peak pressure in the vicinity of the vessel is produced already by flash expansion of the propylene. The experimentally determined decrease of peak pressure with growing distance could be scaled up to vessels of arbitrary size and different propylene temperatures. Scaling laws could be established as well for the calculation of peak pressure and positive pressure duration of the deflagration wave as functions of released mass and distance. The experiments have not revealed any evidence of a detonation process even when the cloud was ignited by an explosive charge.     

Blast Waves and Fragment Velocities of Erythritol Tetranitrate

Erythritol tetranitrate (ETN) is a highly sensitive nitrate ester that has a similar molecular structure to nitroglycerine and penta‐erythritol tetranitrate (PETN). In this study, experiments detonating 175 g of ETN were repeated three times to measure blast waves 0.6 m above the ground. TNT and PETN were also tested under the same conditions for comparison. The average peak overpressure of ETN was about 30 kPa at 3 m from the explosion center (5.4 m kg^−1/3 scaled distance), which was much higher than that of TNT (about 22 kPa) and similar to PETN. The effects of the reflected wave from the ground appeared at greater distances of 5 and 7 m (8.9 and 12.5 m kg^−1/3, respectively), as verified by the waveforms and high‐speed camera images. Previous TNT data for peak overpressure vs. scaled distance were used to calculate the TNT equivalents for the experimental data, which revealed that ETN had a similar value to PETN. The fragments velocities of steel cylinders were measured, and that of ETN (1040 m s⁻¹) was higher than that of TNT (957 m s⁻¹) and lower than that of PETN (1260 m s⁻¹). The Gurney constant for each explosive was obtained by using the initial fragment velocities.     

置障条件下半密闭空间油气爆炸特性实验与数值模拟

针对置障条件下容积式半密闭空间内油气着火爆炸特性进行了研究,通过高速摄影等技术手段对爆炸过程中火焰形态,爆炸超压特性进行了实验,并对实验进行了大涡模拟,精确模拟了火焰与障碍物相互作用时的火焰形态,流场结构,超压特性,与实验进行了对比分析。结果表明：障碍物的存在会使火焰结构发生变化,出现半球形→圆锥形→毛刷形的转变,并在障碍物下游由于未燃气体的卷吸产生火焰旋涡;爆炸超压峰值的产生是燃烧速度与泄压速度相互耦合作用的结果,在油气爆炸过程中,障碍物的存在会导致燃烧速度以及泄压速度的变化,进而对超压峰值产生一定的影响。     

负压环境对炸药爆炸冲击波影响的实验研究

为了研究负压环境对炸药爆炸冲击波的影响,在自制可调真空度爆炸容器中进行负压爆炸实验,采用PCB压力传感器测量罐体轴线固定位置点的冲击波超压,分析了在0、-20、-40、-60、-80、-90、-99kPa等不同负压环境下罐体内测点爆炸冲击波反射超压时程曲线。结果表明,爆炸环境负压降低,测点一次、二次冲击波峰值超压随之降低,在-40kPa和-99kPa负压环境下超压降低显著;爆炸冲击波速度大小与传播介质密度相关,即环境负压越低,气体越稀薄,冲击波传播速度越快;爆炸冲击波速度随环境负压降低而升高,与超压降低强度无相关性;负压环境不改变容器内实验雷管爆炸的气体产物生成量;在近似真空环境中,爆炸冲击波主要以爆轰产物为传播介质,冲击波速度提高受限于爆轰产物运动速度,强度弱,衰减迅速。     

室内可燃气体-空气预混爆炸特性的数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来模拟室内可燃气体泄漏后与空气预混爆炸场的特性。结果表明,点火位置、泄爆压力的改变会对爆炸场内的超温、超压产生巨大影响。泄爆压力越大,产生的超压就越大,而其对温度无明显影响;测点温度对点火位置的改变反应灵敏,同一测点,不同点火位置,距离越近,测点的最大超压越大。这项研究为室内可燃气体爆炸特性及规律的进一步研究提供了理论依据,对于有效预防和控制事故的发生,降低事故中的人员伤亡和减少财产损失具有重要的指导意义。     

基于小尺度实验的燃料蒸气-空气预混气体泄爆动力学研究

利用体积为2 L的亚克力材质容器搭建了小尺度可燃气体泄爆实验系统,基于小尺度实验开展了不同泄爆面积条件下的石油燃料蒸气-空气预混气体泄爆过程研究,获得了典型开口率条件下的内外场超压随时间的动态变化特征,分析了开口率对超压及火焰参数的影响,并对泄爆模式进行了分类。研究结果显示：（1）在不同泄爆系数条件下,石油燃料蒸气-空气预混气体的泄爆模式包括泄爆失败诱导的封闭燃烧、泄爆成功诱导的射流燃烧、泄爆成功诱导的外部爆炸,三种泄爆模式的内外场超压-时间动态曲线、超压峰值、火焰传播速度、火焰传播距离均具有显著差异,且小尺度实验与中尺度实验中均出现破膜超压峰值、火焰射流超压峰值、外部爆炸超压峰值Δp₁、Δp₂、Δp₃;（2）当泄爆系数K_v≤39.68时,内场最大超压峰值、外场轴向最大超压峰值、最大火焰传播速度、轴向火焰传播距离均随着K_v的增大而增大,径向火焰传播距离随着K_v的增大而减小;（3）当K_v≤4.41时,外场轴向和径向最大超压峰值分别由外部爆炸引起（Δp_3（ver）和Δp_3（hor））,当7.94≤K_v≤39.68时,外场轴向和径向最大超压分别由火焰射流冲击和泄爆膜破裂引起（Δp_2（ver）和Δp_1（hor））;（4）泄爆成功和泄爆失败的临界泄爆系数在K_v=39.68和K_v=158.74之间,发生外部爆炸和射流燃烧的临界泄爆系数在K_v=4.41和K_v=7.94之间。     

RDX基含铝炸药水中爆炸近场冲击波特性

通过水中爆炸试验,得到了RDX基含铝炸药在不同比例距离((-R))处的水中冲击波峰值压力、冲量和冲击波能.结果表明,在测试范围内,(-R)＜1.5 m/kg1/3,Al的质量分数为10%～20%时,冲击波峰值压力基本不变;(-R)≥1.5 m/kg1/3时,Al的质量分数为0～30%时,冲击波峰值压力基本不变.测试范围内,Al的质量分数为20%～30%时,冲量基本不变;Al的质量分数小于20%,冲量随Al含量的增加不断增大.(-R)＜1.0 m/kg1/3时,冲击波能随比例距离的增加而不断衰减;(-R)≥1.0 m/kg1/3时,冲击波能随比例距离的增加基本保持不变.(-R)=0.79 m/kg1/3(药柱18倍半径处)时,冲击波能量利用率只有25%左右,初始冲击波能损失了近1/2～3/5.     

含草酸钾的超细水雾抑制甲烷爆炸的特性

为研究含草酸钾的超细水雾对抑制甲烷爆炸有效性的影响,采用自制的半封闭管道进行抑爆实验,研究了草酸钾浓度的变化对超细水雾粒径的影响以及对甲烷抑爆性能的影响,分析了不同浓度草酸钾条件下火焰传播速度、爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数参数变化。实验结果表明：添加草酸钾对超细水雾的粒径特性影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,在相同的通雾时间下,当草酸钾浓度为2%时,抑爆性能最显著,火焰传播速度、最大爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数较纯甲烷自由爆炸时分别下降了57.1%、66.3%、77.9%、91.5%;较纯水超细水雾分别下降了43.1%、61.3%、75.3%、90.5%;草酸钾的热解温度较低能够增强超细水雾的物理惰化作用并阻断化学链式反应从而有效抑制甲烷爆炸。