大爆破爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数值模拟研究

大爆破过程中产生的能量大部分作用在周围岩体破坏上，部分能量转化为冲击波在破碎岩块间传播，同时对已破碎的岩块再次产生松动破坏。应用流体力学方法，建立了以可压缩湍流流动为基础的爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数学模型。通过数值分析和模拟结果表明，破碎岩体的障碍物作用对爆炸冲击波的传播存有激励机制。岩石的破碎是由于冲击波和爆炸生成气体膨胀动力共同作用的结果。当冲击波在破碎岩块间传播时，湍流流动受壁面的影响很大。冲击波在通过孔隙后其波阵面的压力衰减程度较大。速度通过孔隙过程中增加的幅度较大，而温度的变化不明显。     

爆炸冲击波作用下液体抛撒不同阶段运动规律分析

文章通过对采用高速摄影仪拍摄的爆炸冲击波作用下不同时刻液体抛撒运动图片的分析,得出了爆炸冲击波作用下液体抛撒不同阶段的运动规律.分析表明爆炸冲击波作用下,液体抛撒不同阶段有不同的特点,抛撒初期液体处于加速阶段并在较短的时间内获得最大速度,获得最大速度的液体由于表面张力、空气阻力及粘性的作用产生首次破碎与二次破碎,此阶段液体抛撒速度随时间呈指数关系衰减,二次破碎后的液滴由于仅受空气阻力的作用,受力形式发生改变,速度衰减减慢.     

真空环境下乙酸液滴过冷凝固过程传热传质特性

利用真空闪蒸系统对乙酸液滴在真空环境下的过冷凝固过程进行了动态观测,建立了针对单个乙酸液滴在真空环境下过冷凝固过程的传热传质数学模型。模型考虑了液相和固相内的温度分布,引入过冷凝固的动力学条件以及表面升华的传质方程描述凝固界面与升华界面的运动。综合实验测量数据和模型计算结果,掌握了乙酸液滴在环境下过冷凝固过程中的温度变化,比较了乙酸液滴和纯水液滴过冷凝固过程中温度变化的特征,分析了环境压力对液滴温度变化的影响。结果显示:与纯水液滴相比,乙酸液滴具有更高的凝固平衡温度,在实验过程中更早开始凝固。由于乙酸凝固潜热较小,再辉阶段温度上升较为缓慢,凝固时间较短。环境压力越低,凝固过程中液滴过冷度越大,凝固速度越快,液滴最终温度越低。     

雾化闪蒸系统中过热液滴泡状破碎现象的实验研究

真空雾化闪蒸技术可以提升溶液分离率,有效利用低品位热能,从而降低除湿溶液再生流程所需能量。不同于常压环境,高真空度环境下,热管表面过热液体易出现爆发性沸腾现象。本文采用3.5wt%Nacl溶液为测试溶液,通过可视化实验,观察真空环境下液滴内爆发性沸腾现象,分析其破碎形态及破碎特性。结果表明:不同于常压环境下液滴内核态沸腾,真空环境下液体处于过热状态且存在温度梯度和浓度梯度,导致Marangoni对流出现,使得液滴核化点位于其上表面,并出现泡状破碎。液滴破碎时间主要受环境压力和表面过热度的影响,随着环境压力的降低和表面过热度的增加而缩短。     

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难.采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道衬砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式.     

挡波墙对空气冲击波的削波作用研究

分析了空气中爆炸时挡波墙对冲击波的削波作用。结果表明，在爆源周围修一定高度和厚度的挡波墙可以把空气冲击波在挡波墙之后一定距离内的峰值压力削弱20%-30%，同时用数值模拟的方法计算了冲击波与挡波墙相互作用的过程，得到了在火电厂波原因有障碍物的爆炸场初始发展以及整个传播过程。数值模拟结果与实验测量和经验公式计算结果基本吻合。     

冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究

利用爆炸加载的方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑观测手段(DSCM),研究不同炮孔位置和装药量条件下巷道变形破坏规律。试验结果表明,微量炸药引爆后,冲击应力波以巷道方向传递为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;当装药量足够大时,冲击波对上部岩体破坏力明显增大,冲击能是影响巷道破坏程度的主要因素。试验结果还表明,高速冲击载荷作用下巷道围岩体破坏过程可分为拉剪裂缝、重复拉剪破碎和破坏三个阶段。其中,当炮孔距离巷道为450mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝阶段;当炮孔距离巷道为300mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏阶段;当炮孔距离巷道为200mm,装药量为8.0g时,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,属于破坏阶段。研究结果为冲击地压巷道破坏预测和防治提供了有力参考。     

切缝药包定向控制爆破的试验研究

采用高速纹影试验系统和岩体损伤测试技术,对切缝药包爆炸波与爆生气体的传播机制进行探讨研究,同时对不同药量下切缝药包对岩体的损伤范围进行测定。试验结果表明:对切缝药包爆炸冲击波与爆生气体进行跟踪拍摄,实现了对两者作用的分离研究,两者从扩展形态上保持着高度对称状态;爆炸冲击波优先沿切缝方向传播,形成的"导流"效应优先作用于炮孔孔壁,产生初始损伤区,其它方向的冲击波是切缝方向冲击波绕流扩展所致;爆生气体首先从切缝处扩展,并且主要沿切缝方向呈"一"字型扩展,以准静态压力作用于岩体,促进累积损伤区继续发展,形成沿切缝方向的"射流"效应,推动裂纹持续扩展;切缝方向岩体损伤值大于垂直切缝方向,增大药量对切缝方向岩体的损伤程度影响较大。     

降压环境下液滴在不同润湿性表面汽化过程实验研究北大核心CSCD

对降压环境下液滴在不同润湿性表面的汽化过程进行了实验研究,对比了在亲水和疏水表面上液滴汽化过程的无量纲尺寸变化,分析了环境压力和表面温度对亲水表面液滴汽化过程的影响。实验结果显示:降压过程中液滴在热表面的汽化过程经历四个阶段:初始状态、降压的快速汽化阶段、定接触线汽化阶段和快速收缩阶段。相同工况下,由于疏水表面的气泡数更多,抑制了液滴接触半径的收缩,液滴生存时间更长。在亲水表面上环境压力越低、表面温度越高,液滴汽化越剧烈,并且定接触线汽化阶段占整个汽化过程的比例越大。     

降压环境下液滴在不同润湿性表面汽化过程实验研究

对降压环境下液滴在不同润湿性表面的汽化过程进行了实验研究,对比了在亲水和疏水表面上液滴汽化过程的无量纲尺寸变化,分析了环境压力和表面温度对亲水表面液滴汽化过程的影响。实验结果显示:降压过程中液滴在热表面的汽化过程经历四个阶段:初始状态、降压的快速汽化阶段、定接触线汽化阶段和快速收缩阶段。相同工况下,由于疏水表面的气泡数更多,抑制了液滴接触半径的收缩,液滴生存时间更长。在亲水表面上环境压力越低、表面温度越高,液滴汽化越剧烈,并且定接触线汽化阶段占整个汽化过程的比例越大。     

火灾场冲击波荷载作用下简支钢梁动力响应

根据火灾场不同时刻温度的变化,考虑火灾高温对结构钢弹性模量、屈服强度和钢梁塑性弯矩的影响,分析了火灾场中冲击波荷载作用下简支钢梁各个阶段不同时刻的动力响应,通过具体算例计算了火灾场工字形简支钢梁在冲击波荷载作用下弹性阶段和塑性阶段的变形,分析表明在计算火灾场冲击波荷载作用下简支钢梁的动力响应时,火灾高温对结构钢的弹性模量、屈服强度以及梁的塑性弯矩和动力响应有显著的影响。     

不同真空度下空中爆炸近场特性的数值模拟研究

外界环境的改变会使空中爆炸时冲击波的传播过程产生明显变化,为分析真空度对爆炸近场特性的影响,建立了自由场空中爆炸的有限元模型,在萨克斯比例定律的基础上,通过引入特征比例距离Z,分析了不同真空度下爆炸近场特征参量的变化规律。分析结果表明:以霍普金森比例距离和特征比例距离Z为变量的分段函数可表述不同真空度全范围内的爆炸峰压Δp_m;比冲量i和正压作用时间t+的变化具有非单调性,且与爆轰产物稀疏波尾部的间断面密切相关;不同真空度下的爆轰产物界面和冲击波阵面时程曲线在无量纲坐标系中分别重叠,而极限膨胀体积与临界距离R_s呈线性关系。     

脱硫废水烟气喷射蒸发流动特性实验研究

确保喷雾液滴在接触烟道壁面前完全蒸发,是保障电站脱硫废水在锅炉尾部烟道内蒸发处理安全运行的关键。喷雾液滴的破碎、聚并等动力学行为,以及液滴群的粒径分布和速度等因素的影响机制,是喷雾蒸发的主要特性。设计搭建了热态风洞实验台,利用激光粒度分析仪和粒子图像测速仪（particle image velocimeter,PIV）,在不同的引射空气压力、喷嘴水流量,以及风速、加热空气温度等条件下,对喷雾液滴群的粒径变化和速度变化进行了测量和分析。实验结果表明：以大液滴形态离开喷嘴的射流在引射气流的携带作用下,因破碎而形成小液滴,而后液滴间聚并效果会显现出来。液滴初始粒径仅与引射气体压力和水流量有关;风速的提高一定程度上会促进液滴间的聚并。提高高压气体压力、温度、风速以及减小水流量均有助于提高液滴群速度,其中提高风速对液滴群的增速效果最为明显。研究结果为喷雾的数值模拟及工程应用改进方向提供了参考。     

蔗糖溶液液滴真空闪蒸特性实验研究

针对蔗糖溶液液滴的真空闪蒸特性进行了实验研究,获得了蔗糖溶液液滴的形态和温度随时间变化特征。结果表明,由于真空压力和溶液浓度不同,液滴经历六种形态。当真空压力pa500 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低,出现多次气泡生长-爆裂并析出蔗糖、多次气泡生长-爆裂、气泡迅速生长-爆裂;当真空压力800 Papa2000 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低出现:单次气泡生长-爆裂、凝固;当真空压力继续上升至pa2000 Pa时,液滴稳态蒸发。对液滴温度变化的实验研究表明:随环境压力迅速下降,液滴温度也迅速下降,当真空压力维持不变后,液滴温度下降速度减慢,直至达到最低温度后,液滴温度逐渐回升。伴随多次气泡生长-爆裂过程中,热电偶测量液滴温度会出现振荡,这是由于气泡爆裂带走热量,使热电偶测量温度迅速下降;其后热电偶温度逐渐回升。回升过程也分为两个阶段:当气泡在热电偶结点附近产生时,热电偶测量温度回升缓慢;当气泡脱离热电偶结点,测量温度迅速上升,直至再次爆裂。     

角联管网瓦斯爆炸冲击波与火焰波的传播特性

为了得出实际管网中瓦斯爆炸冲击波、火焰波的普适性传播特性,搭建了角联管网实验系统。通过平均升压速率和爆炸威力指数表征冲击波传播特性;通过火焰传播速率表征火焰波传播特性。结果表明:冲击波在角联管网中传播时出现了多次衰减与叠加,冲击波的正向传播和冲击波在管网所有互连管道中的反向传播叠加在一起,导致冲击波的传播呈现复杂无序状态。冲击波传播在不同的管道结构时,经过45°分岔管道时爆炸威力最大;在斜角联支管中,压力损失最大,超压爆炸威力下降幅度最大,火焰波传播速率最快;底部直管中的火焰波传播速率最慢。可为瓦斯爆炸灾害发生后应急救援方案的制定提供理论参考。     

冲击载荷下结构陶瓷的失效与破碎特性研究

为了研究AD95陶瓷在冲击加载下的动态力学性能与损伤机理,采用仿真软件AUTODYN模拟了一维应力与一维应变状态下材料不同失效与破碎模式,获得了完整的损伤历程.结果表明,在一维应力波作用下,材料内部损伤以及裂纹扩展始于圆柱试样端部的应力集中,在陶瓷整体被瞬间压垮前,试样仍具有承载能力.平面冲击波作用时,试样在低于Hugoniot弹性极限下出现了两个相向传播的破坏面.由于应力波的相互作用以及材料本身抗拉强度不足,试样内同时产生了明显的层裂现象.     

快速拼装式防爆墙消波性能试验研究

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明:作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级,比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大;有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压,防爆墙的消波效应可达50%以上;比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能,随着墙后比例距离的增大,消波效应系数逐渐减小。     

盐水溶液液滴真空闪蒸特性实验研究

针对盐水 (Na Cl) 溶液液滴真空环境下的闪蒸过程进行实验研究, 获得了不同浓度下盐水液滴的形态及温度变化特征。结果表明:由于盐水液滴浓度和真空压力的影响, 其真空闪蒸过程较纯水液滴更为复杂;盐水液滴在真空环境中会经历五种典型形态:稳态蒸发, 气泡生长-蒸发, 稳态蒸发-凝固, 气泡生长-凝固, 析盐。当盐水浓度达到共晶浓度22.4%时, 会发生析盐现象;盐水浓度较低 (<5%) 时, 会发生凝固现象。盐水液滴析盐过程较凝固过程持续时间长, 且会持续放出热量, 将液滴加热至较高温度。多次实验对比发现, 最终环境压力较低 (p_a<1000 Pa) 且液滴初始温度较高时, 析盐过程明显且迅速。     

隧洞开挖爆破空气超压诱发围岩振动机理

基于河北丰宁抽水蓄能电站地质探洞中爆破试验获取的监测数据,理论分析和数值模拟研究了隧洞开挖爆破空气冲击波超压诱发围岩振动的机理及特性。结果表明,小断面隧洞爆破空气冲击波超压较大并将诱发围岩振动,该振动具有振速高、持续时间长和衰减慢等特征;空气冲击波超压诱发的围岩受迫振动发生时间受空气冲击波传播速度控制;诱发振动可分为空气冲击波超压作用于前部围岩产生并经围岩传播过来的振动,和空气冲击波超压传播到围岩壁面直接引起的振动。数值模拟发现受迫振动经围岩传播时衰减很快,所以测点的振动主要是由于空气冲击波超压直接作用于洞壁造成的围岩振动。     

AUTODYN水下爆炸数值模拟研究

采用AUTODYN数值计算软件,对TNT水下爆炸冲击波传播过程进行了数值模拟.计算结果表明,爆炸初期炸药中的爆轰波和水中冲击波是高频波,炸药及其附近水域需要足够细密的网格才能反映出这种特性,建议按照峰压衰减时间常数内至少采样100次的标准划分网格;同时应采用较小的人工粘性系数,减少对冲击波峰值超压的抹平,并对计算结果进行低通滤波,这样计算得到的冲击波压力曲线与经验公式计算曲线吻合得较好,不但可以准确捕捉冲击波峰值压力,而且能够比较准确地计算冲击波在水中传输时的衰减演化过程.