• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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阻塞比对竖直管道中铝粉爆炸特性的影响研究
朱小超, 郑立刚, 于水军, 王亚磊, 李刚, 杜德朋, 窦增果
2019, 39(10): 105402. doi: 10.11883/bzycj-2019-0006
在自行搭建的竖直透明管道喷粉平台中开展了铝粉尘爆炸实验研究,通过对铝粉爆炸火焰锋面演化及压力变化等特征进行分析,探究泄爆口阻塞比对铝粉爆炸特性的影响规律。结果表明:阻塞比对较小粒径铝粉爆炸火焰锋面结构影响较大。管道中爆炸超压呈双峰形式;对于较小粒径铝粉,超压双峰主导地位在拐点φ=0.4(φ为阻塞比)处发生反转,且第一波峰值与第二波峰值通过转折点时变化趋势不同,第一波峰值随阻塞比增加而升高,并以φ=0.4为拐点,斜率大大提升,而第二波峰值随阻塞比的增加先升后降,且在φ=0.4时达到最大;铝粉粒径较大时,波峰值变化趋势与小粒径类似,拐点后移至φ=0.6。最大(主导)超压峰值随阻塞比增加而增加;小粒径粉尘更容易产生危险性爆炸超压。
关键词: 阻塞比, 铝粉, 爆炸, 管道, 火焰传播, 超压
开口阻塞比对粉体抑制甲烷爆炸的影响研究
郑立刚, 李刚, 王亚磊, 朱小超, 窦增果, 杜德朋, 余明高
2019, 39(11): 115403. doi: 10.11883/bzycj-2018-0228
为了研究开口阻塞比φ对粉体抑爆特性的影响,采用质量浓度C为0、80、160、240 g/m3的Al (OH)3和NaHCO3粉体,分别抑制具有不同φ(0、0.2、0.4、0.6、0.7、1.0)值的5 L管道内甲烷/空气预混气爆炸。实验结果表明:火焰的破碎度随粉体抑爆效率的增大而增大;最大超压峰值pmax、爆燃指数Kst由燃烧速率和泄爆速率共同决定。φ=0.7是每条爆炸特征参数曲线的拐点。随着φ值增加,超压峰值下降率δ先增大后减小,在0.4和0.6之间达到最大;总体上,Al (OH)3和NaHCO3两种粉体的抑爆效率相近。但在某些阻塞比下,阻塞比引起的低湍流影响着粉体颗粒的沉降行为,使得Al (OH)3抑爆效率优于NaHCO3。当粉体质量浓度从80 g/m3增加到240 g/m3时,热阻增加,火焰的热量不能扩散到粒子云的中心,不利于内部粒子的吸热分解,致使浓度效应越来越弱。
关键词: 开口阻塞比, 粉体质量浓度, 抑爆, 瓦斯爆炸
约束端面对管内甲烷爆炸特性的影响
王亚磊, 郑立刚, 于水军, 朱小超, 李刚, 杜德朋, 窦增果
2019, 39(9): 095401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0249
为研究不同约束端面下甲烷的爆炸特性,利用自行搭建的实验平台完成了多种约束端面下不同浓度甲烷的爆炸实验。研究表明:约束端面的性质对甲烷的爆炸特性有显著影响,约束端面的承压强度越高,甲烷的爆炸超压越大。单层PVC薄膜作用下,薄膜破裂,不会引起火焰与超压的振荡;而纸膜破裂后,管道内外气流的高速泄放和回流则会引起超压振荡,使火焰前锋波动并发生扭曲变形;两者共同作用时,PVC薄膜会阻碍气流的泄放与回流,加速超压衰减,抑制火焰和超压的振荡。然而,随着纸膜层数增加,破膜时管道内外形成的巨大压差会使约束端面完全破裂,降低PVC薄膜的抑制作用。当破膜难度达到一定程度时,约束端面作用下的泄压峰值成为不同浓度甲烷爆炸的最大超压峰值,且泄爆压力并不随甲烷浓度的改变而改变,因此不同浓度甲烷的爆炸超压在较高的泄爆压力下相同;此时,相同约束端面下不同浓度甲烷的压力振荡曲线在压力衰减的前半个周期内完全重合,管道内外的压差成为主导超压振荡的重要因素,而不同浓度甲烷的燃烧速率对超压振荡的影响则可以忽略不计。
关键词: 约束端面, 甲烷, 爆炸, 耦合分析, 火焰传播, 压力振荡
旋转对爆炸成型杆式侵彻体毁伤威力的影响
李鹏, 李刚, 袁宝慧, 周涛, 敬怡东
2018, 38(3): 616-621. doi: 10.11883/bzycj-2016-0263
为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,结合数值模拟方法,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。基于复合装药的爆轰加载控制方式,使得药型罩成型为密实的杆式侵彻体,通过调整半预制药型罩的斜置角度,对毁伤元的旋转速度施加控制,进而提高其空中飞行姿态的稳定性,提高毁伤元的毁伤威力。对不同斜置角度的战斗部原理样机进行了静爆实验,实验结果与模拟结果的对比表明,半预制药型罩斜置角度为1.5°时,爆炸成型杆式侵彻体的着靶姿态最好,对45钢靶板侵彻深度最大。通过药型罩斜置,在保证杆式侵彻体成型质量的同时,可以有效提高侵彻体的侵彻威力。
关键词: 战斗部, 药型罩, 复合装药, 杆式侵彻体, 飞行稳定性
一种杆式多爆炸成型侵彻体战斗部
李鹏, 李刚, 袁宝慧, 周涛, 孙兴昀
2018, 38(4): 883-890. doi: 10.11883/bzycj-2016-0356
为进一步提高周向多爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤效能,设计了一种爆炸成型杆式侵彻体战斗部。结合数值模拟方法,对侵彻体的成型过程及飞散效果进行模拟,分析了外衬对侵彻体成型质量的影响,并设计出侵彻体结构密实的杆式MEFP战斗部。制备了有外衬和无外衬两种战斗部原理样机并进行静爆实验。实验结果表明,无外衬战斗部成型侵彻体对3 m处40 mm厚45钢板平均穿深为27 mm,有外衬战斗部成型侵彻体可贯穿3 m处40 mm厚45钢板;侵彻体对靶板的侵彻实验结果与模拟结果一致。通过设计外衬结构,战斗部成型侵彻体的成型质量和侵彻威力都大幅度提高。
关键词: 药型罩, 速度梯度, 杆式侵彻体, 数值模拟, 静爆实验
镁粉尘云最低着火温度的实验测试
钟英鹏, 徐冬, 李刚, 苑春苗, 陈宝智
2009, 29(4): 429-433. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0429-05
采用标准装置Godbert-Greenwald恒温炉测试了不同条件下镁粉尘云最低着火温度。实验测试结果显示:D50为6、47、104、173 m时镁粉尘云最低着火温度分别为480、520、620、700 ℃;选取D50为6 m的镁粉,在分散压力恒定为0.1 MPa时,镁粉浓度由424 g/m3变化到5 085 g/m3,粉尘云最低着火温度由600 ℃降低到480 ℃;而粉尘质量恒定为0.3 g时,分散压力从0.1 MPa增加到0.2 MPa,粉尘云最低着火温度由540 ℃升高到580 ℃。还分析了镁粉粒径、浓度及分散压力对粉尘云最低着火温度的影响。
关键词: 爆炸力学, 粉尘云最低着火温度, G-G恒温炉, 镁粉, 粒径, 浓度, 分散压力
粒子入射角度对冷喷涂涂层形成的影响
李刚, 王晓放, 殷硕, 李文亚
2007, 27(5): 477-480. doi: 10.11883/1001-1455(2007)05-0477-04
采用有限元数值计算方法,研究冷喷涂材料改性过程中铜粒子与铜基体非垂直碰撞的变形行为。针对单个粒子相同入射速度不同入射角度的碰撞条件,探讨粒子与基体的结合强度、侵彻深度以及绝热剪切失稳的发生条件。结果表明:随着粒子入射角度的增大,侵彻深度逐渐减少,粒子与基体的结合强度逐渐减弱。发生绝热剪切失稳的条件是入射速度的法向分量大于碰撞过程的临界速度。
关键词: 流体力学, 绝热剪切失稳, 数值模拟, 冷喷涂, 斜碰撞
水冷却对高温花岗岩的细观损伤及动力学性能影响
朱要亮, 俞缙, 高海东, 李刚, 周先齐, 郑小青
2019, 39(8): 083104. doi: 10.11883/bzycj-2019-0169
为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能,对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试,分离式霍普金森压杆冲击试验,以及冲击破碎试样的扫描电镜观察,分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现:随着温度升高,经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降,大孔径孔隙度分量增大,且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却;水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高,峰值应力减小,峰值应变增大,弹性模量则先增大后减小的规律;由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低,产生额外的温度应力,花岗岩内部损伤加剧,表现出更低的波速与峰值应力;而水的冷淬作用一定程度上提高了表层花岗岩的硬度,降低了高温后花岗岩的塑性能力,与自然冷却相比水冷却后花岗岩的峰值应变减小,弹性模量增大,表现出脆性破坏特征。在温度低于400 ℃时,冷却方式对冲击裂纹影响不大,随着温度升高到800 ℃,自然冷却后花岗岩冲击断面呈蜂窝状,而水冷却后冲击断面则相对平整。
关键词: 高温花岗岩, 水冷却, 细观损伤, 动力性能, 冷淬作用