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。     

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。     

Al/PTFE与炸药组合装药的爆炸释能特性

为探究Al/PTFE活性材料与高能炸药组合装药的爆炸释能特性，制备了3种包含不同组分和质量的Al/PTFE活性材料的组合装药样品，并进行了爆炸试验，测量了不同距离处的自由场入射冲击波超压，拍摄了活性材料抛撒、反应、火球扩展等过程的图像，通过与裸装药静爆试验进行对比，分析了活性材料的反应特性及对冲击波超压参量的增益机理。结果表明，活性材料抛撒过程中经历了自身反应、与爆轰产物的无氧反应以及铝粉等与空气的有氧反应，相比于裸装药，二次反应增大了爆炸火球半径并大幅延长了火光持续时间，在中远场范围内有效增强了冲击波，2.5m测点处冲击波超压和比冲量最大分别达到了裸装药的1.8倍和1.5倍，且铝粉浓度越高，增益比例相对越强，但随着传播距离增大，铝粉稀释，差异逐渐缩小；通过选用合适组分比例和质量的Al/PTFE活性材料，有益于弥补近场材料破碎和抛撒造成的冲击波能量损失，同时后燃反应为中远场提供能量补充，有望实现爆炸释能整体增益。     

爆轰火焰在管道阻火器内的传播与淬熄特性

在水平封闭的直管中,采用自主研制的阻爆实验系统(包括传感器系统、配气系统、数据采集系统、点火系统等)对不同活性预混气体爆轰火焰在波纹管道阻火器内的传播与淬熄过程进行了实验研究。结果显示当可燃气体接近当量浓度时(丙烷4.2%、乙烯6.6%、氢气28.5%,均为体积分数),预混气体从点燃到火焰淬熄过程历时非常短,总体可分为4个阶段,缓慢燃烧阶段、快速燃烧阶段、加速燃烧阶段和超压振荡阶段。丙烷-空气、乙烯-空气预混气体在D=80 mm的管道阻火器中,爆炸压力峰值较高。当管道直径增加至400 mm时,爆炸压力峰值逐渐降低,其中乙烯-空气预混气体的爆炸压力峰值仅为3 MPa左右;氢气-空气预混气体的爆炸压力峰值随管径的增加呈递增趋势。对爆轰速度的研究结果表明,丙烷-空气、乙烯-空气预混气体爆轰速度数值相差不大,丙烷-空气预混气体甚至稍高些;而氢气-空气的爆轰速度数值较高。而且随着管径的增加,管壁热损失增大及其阻力因素等原因影响使预混气体爆轰速度趋向平稳。最后,从经典传热学理论出发,推导出了阻火单元厚度与爆轰火焰速度之间的关系。并结合实验数据,提出了爆轰安全阻火速度的计算方法,为工业装置阻火器的设计和选型提供更为准确的参考依据。     

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验.从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响.结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小.     

爆炸冲击波绕过墙体的数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程对爆炸冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了在爆炸物周围有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,解析了空气冲击波的绕流规律。实验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸波绕过障碍物的详细过程。     

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。     

点火方式对欠膨胀氢气射流爆炸超压影响规律研究

针对自燃点火与电火花点火对欠膨胀氢气射流燃爆超压的变化规律开展实验研究,测量了自燃和电火花两种点火方式在不同释放压力下的爆炸超压与火焰传播速率,分析了初始压力和点火条件对爆炸超压的影响机制。实验结果表明：相同释放条件下,自燃点火比电火花点火引发的管外爆炸超压峰值更高,压力上升速率更快,且自燃点火的发展过程更稳定;随着缓冲罐内释放压力从6 MPa升高到9 MPa,自燃管外爆炸超压峰值先升高后降低,在释放压力为8 MPa时自燃引发的爆炸超压达到最大值15.97 kPa,而电火花点火源处的燃爆超压随释放压力的上升从7.23 kPa先降低至3.17 kPa后升高到4.19 kPa;电火花点火火焰在点火源处形成了不规则形状点火核,同时火焰传播速度大于自燃火焰发展速度。本研究对于加氢站设计和燃爆风险评估具有参考意义。     

含金属-氟聚物包覆层装药的内爆性能试验研究

为研究金属-氟聚物包覆下装药在密闭空间内的爆炸释能特性,制备了金属-氟聚物与装药质量比(η)分别为0、0.30、0.63的3种试样,并在爆炸罐中开展了静爆试验,对比了3种试样爆炸后的冲击波超压、比冲量、温度与准静态压力。结果表明,金属-氟聚物包覆层显著降低了装药爆炸后的冲击波超压峰值及比冲量,但其下降规律与含惰性包覆层的装药类似,说明金属-氟聚物包覆层的二次反应对冲击波超压及比冲量没有明显贡献;而包覆层能有效提高装药爆炸后罐内的气体温度和准静态压力,当金属-氟聚物与装药的质量比为0.30和0.63时,爆炸后罐体内气体的最高温升幅度达到291K和422K,相比裸装药的254K分别提升14%和66%,而准静态压力峰值分别为0.105MPa和0.131MPa,相比裸装药的0.095MPa分别提升了10%和38%,表明η为0.63时,更能促进装药反应程度的增加。     

水下爆炸冲击波传播的近似计算

水下爆炸冲击波传播计算由能流密度一时间曲线经验表达式化简。用简单数值积分法解由拉格朗日形式流体动力学方程、Hugoniot方程和能流密度一时间关系式组成的偏微分方程组,不同距离处的冲击波峰值由单点初始数据计算。结果表明,由近似计算方法所得结果与实测数据和相似律结果一致。适当选取起算参数,在5倍装药半径以外的爆炸远场范围计算精度良好。5倍装药半径以内的爆炸近场,冲击波未充分形成,计算方法失效。计算了几种含铝炸药的冲击波传播,表明冲击波能显著影响冲击波传播特性,冲击波能有利于抑制超压衰减。     

铝粉含量对梯铝炸药爆压和冲击波参数的影响

测试了以TNT为基不同含量含铝炸药的爆压和空中爆炸冲击波参数,通过分析铝粉对炸药爆压、空中爆炸参数和爆炸冲击波超压的影响,建立了爆压与铝氧比的关系曲线、5种TNT基含铝炸药的冲击波相似律方程和TNT/Al炸药的爆压与空中爆炸冲击波超压的关系式.结果表明,随着铝粉含量的增加,炸药的爆压呈指数衰减,近距离的冲击波超压也快速减小,但爆炸场温度和爆炸火球的直径及持续时间会增大.     

铝粉-空气混合物的燃烧转爆轰过程

利用自行设计的长29.6 m、内径199 mm配有40套喷粉扬尘装置的大型水平爆轰管,研究了细片状铝粉-空气混合物在40 J弱点火条件下火焰从发生到加速、最后实现爆轰转捩的全过程,探讨了铝粉浓度和点火延迟时间对爆轰参数的影响.结果表明,铝粉-空气混合物燃烧转爆轰(DDT)过程可分为慢速反应压缩阶段和快速反应冲击阶段.当点火延迟时间为370 ms,铝粉质量浓度为300 g/m~3时,在管道中距离点火位置83倍长径比处峰值超压为9.8 MPa,爆速为1 670 m/s,发生了DDT过程.在铝粉-空气混合物自持爆轰波的传播过程中,由于呈现螺旋爆轰波结构,爆速和峰值超压随着传播距离振荡.     

圆柱形薄壁储罐对爆炸冲击波动力学响应的模拟分析

针对圆柱形薄壁储罐在爆炸冲击波载荷作用下的动力学响应进行了模拟分析。采用LS-DYNA软件模拟计算了50 m³液化石油气储罐爆炸后冲击波云图以及空间点冲击波超压随时间的变化关系,并将计算结果加载到圆柱形薄壁储罐上。模拟计算结果表明,对于距离爆炸中心50 m处的圆柱形薄壁储罐,面向冲击载荷的底面在冲击波超压峰值还没有来临时就已经屈服,而背向冲击载荷的顶面在0.112 ms时,等效应力达到屈服界限。而迎向冲击面的顶端结构在峰值载荷冲击后不久出现屈曲,结构在峰值位移10 mm时出现部分卸载,变得不再稳定。因此,当罐区发生爆炸时,圆柱形薄壁储罐极有可能出现结构强度失效和结构失稳,会在冲击波的作用下失效,是不可靠的。     

Effect of the bifurcating duct on the gas explosion propagation characteristics

The explosion wave overpressure and the flame propagation velocity of the gas explosion in a bifurcating duct are experimentally measured and theoretically analyzed. The results show that the effect of the bifurcation on the flame velocity and overpressure is obvious. Especially, the explosion wave overpressure and the flame propagation velocity increase sharply at the bifurcation point, and the surface at the bifurcation location is destroyed seriously. The gas explosion propagation is verified to suffer a dual effect of sudden expansion of the area and obstruction induction.     

RDX基铝薄膜炸药与铝粉炸药水下爆炸性能比较

为了减少铝粉炸药在生产过程中因铝粉对环境污染,降低铝粉炸药的撞击感度,提高含铝炸药的成型性及力学性能,将RDX用铝薄膜分层包裹得到新型的铝薄膜混合炸药。将铝薄膜混合炸药与铝粉炸药进行水下爆炸实验与爆速实验,得到两种炸药的爆速与压力时程曲线,经过分析计算得到两种炸药的压力峰值、冲量、冲击波能、气泡脉动周期与气泡能。结果表明：铝薄膜炸药药柱的轴向为RDX与铝薄膜独立贯通的结构,有利于降低混合炸药中添加物对基体炸药爆轰波传播的影响,从而使铝薄膜混合炸药的爆速高于铝粉炸药,导致铝薄膜炸药的冲击波损失系数高于铝粉炸药,使铝薄膜混合炸药的总能量、比气泡能与铝粉炸药相当情况下,其比冲击波能却降低了10.16%～10.33%,计算过程说明铝薄膜混合炸药的C-J压力计算公式具有合理性。     

Effect of Properties of the Source on the Action of Explosions in Air and Water

Results of an experimental study of parameters of the shock wave and explosion products in the near zone of explosions in air and water with a wide range of variation of explosion heat and charge density of high explosives are presented. It is shown that the influence of these characteristics on the action of explosions in the near zone can be characterized by one parameter: volume concentration of energy in the source. A change in this parameter involves a significant redistribution of energy between the explosion products and the shock wave, which can affect brisance and violate the energy similarity of explosions.     

炸药水下爆炸冲击波参数的修正

根据有限水域中TNT、钝化RDX的测试结果,结合所采用传感器的特点．得出了一种修正冲击波参数(峰压、比冲能)的方法。结果表明,修正后的峰压与计算值接近,TNT、钝化RDX的比冲能分别占其总能量的46％、44％左右,并使测试总能量占其爆热值的95％以上。     

FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性

为研究FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性,对其进行了冲击波感度试验和冲击起爆试验,结合冲击波在铝隔板中的衰减特性,确定了FOX-7和RDX基含铝炸药的临界隔板值和临界起爆压力,并通过锰铜压阻传感器记录了起爆至稳定爆轰过程压力历程的变化。结果表明,以Φ40mm×50mm的JH-14为主发装药时,FOX-7和RDX基含铝炸药临界隔板值分别为37.51和34.51mm,对应的临界起爆压力为10.91和11.94GPa;起爆压力为11.58GPa时,FOX-7炸药的到爆轰距离为25.49~30.46mm,稳定爆轰后的爆轰压力为27.68GPa,爆轰速度为8 063m/s;起爆压力为14.18GPa时,RDX基含铝炸药的到爆轰距离为17.27~23.53mm,稳定爆轰后的爆轰压力为17.16GPa,爆轰速度为6 261m/s。