2021年 41卷 第9期
在线阅读
PDF 
本文被引
2021, 41(9): 092101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0239
摘要:
对连续爆轰发动机中常见的低频爆轰不稳定性现象开展了基于含源项Euler方程的二维数值模拟研究，揭示了低频爆轰不稳定性产生的机理和详细过程。结果表明，燃烧室头部持续存在一些反传激波，这些激波与进气壁面相互作用会产生“进气阻滞点”，导致新鲜气体层不规则分布；不规则新鲜气体层会使爆轰波头上的压强分布随进气阻滞点的分布位置产生周期性变化；随着进气阻滞点产生的位置沿着进气壁面的缓慢移动，爆轰波头每次与采样点相遇时，采样点与上个进气阻滞点之间的距离会逐渐发生变化，因此采样点的压强峰值便产生了低频率的起伏振荡，即形成了所谓的低频爆轰不稳定性。
对连续爆轰发动机中常见的低频爆轰不稳定性现象开展了基于含源项Euler方程的二维数值模拟研究，揭示了低频爆轰不稳定性产生的机理和详细过程。结果表明，燃烧室头部持续存在一些反传激波，这些激波与进气壁面相互作用会产生“进气阻滞点”，导致新鲜气体层不规则分布；不规则新鲜气体层会使爆轰波头上的压强分布随进气阻滞点的分布位置产生周期性变化；随着进气阻滞点产生的位置沿着进气壁面的缓慢移动，爆轰波头每次与采样点相遇时，采样点与上个进气阻滞点之间的距离会逐渐发生变化，因此采样点的压强峰值便产生了低频率的起伏振荡，即形成了所谓的低频爆轰不稳定性。
2021, 41(9): 092102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0072
摘要:
针对含铝炸药爆轰的非理想特性，提出了含铝炸药爆轰产物膨胀的局部等熵假设，建立含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型，为研究含铝炸药爆轰产物的非等熵流动和膨胀做功提供了一种新的理论分析方法。设计了5、50 μm含铝炸药和含LiF炸药驱动0.5、1 mm厚金属板实验，通过激光位移干涉仪测试金属板运动的速度历程，再通过实验结果计算得到铝粉在爆轰产物中的反应度变化规律，结合含铝炸药爆轰产物的非线性特征线模型，理论计算了含铝炸药驱动金属板的速度历程。对比理论与实验结果，理论方法能够很好地描述铝粉二次反应对炸药做功能力的贡献，同时验证了含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型的正确性。
针对含铝炸药爆轰的非理想特性，提出了含铝炸药爆轰产物膨胀的局部等熵假设，建立含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型，为研究含铝炸药爆轰产物的非等熵流动和膨胀做功提供了一种新的理论分析方法。设计了5、50 μm含铝炸药和含LiF炸药驱动0.5、1 mm厚金属板实验，通过激光位移干涉仪测试金属板运动的速度历程，再通过实验结果计算得到铝粉在爆轰产物中的反应度变化规律，结合含铝炸药爆轰产物的非线性特征线模型，理论计算了含铝炸药驱动金属板的速度历程。对比理论与实验结果，理论方法能够很好地描述铝粉二次反应对炸药做功能力的贡献，同时验证了含铝炸药爆轰驱动的非线性特征线模型的正确性。
2021, 41(9): 093101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0097
摘要:
采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对页岩进行冲击实验，研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响，在裂尖设置裂纹扩展计，借助高速摄影和数字图像相关（DIC）技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲（NSCB）试件断裂的全过程进行研究，得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现：不同加载角度下，页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性，加载角度与动态起裂韧度呈正相关；加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响，与裂纹扩展速度呈负相关；当冲击速度较低时，切槽方向是裂纹扩展的优势方向，而当冲击速度较高时，试样会产生沿层理弱面的次生裂纹，次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。
采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对页岩进行冲击实验，研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响，在裂尖设置裂纹扩展计，借助高速摄影和数字图像相关（DIC）技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲（NSCB）试件断裂的全过程进行研究，得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现：不同加载角度下，页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性，加载角度与动态起裂韧度呈正相关；加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响，与裂纹扩展速度呈负相关；当冲击速度较低时，切槽方向是裂纹扩展的优势方向，而当冲击速度较高时，试样会产生沿层理弱面的次生裂纹，次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。
2021, 41(9): 093102.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0288
摘要:
为研究砂岩型铀矿爆破增渗地浸开采过程中赋矿岩层的破坏特征及损伤演化规律, 利用带有应变控制环的SHPB实验系统，对砂岩试样进行控制应变条件下的动态冲击实验，并结合波速测试实验和CT扫描实验，分析研究了砂岩试样的整体破坏过程、裂纹分布及应变-损伤演化规律。实验结果表明：在冲击荷载作用下，当应变值超过0.008 3时，砂岩试样会突然出现明显的整体破坏，整体破坏形式近似双锥形，其破坏模式为剪切-张拉混合破坏；随着应变的增加，裂纹的产生及扩展大致分为无裂纹阶段（0～0.003 3）、微裂纹起裂阶段（0.003 3～0.008 3）、裂纹贯通阶段（0.008 3～0.009 9）3个阶段，且裂纹分布区域主要集中在试样中间外围。分别从宏观、细观两方面建立了应变-损伤之间的定量关系式，损伤变量随应变的增长趋势大致分为两个阶段：平缓发展区（0～0.008 3）和迅速增长区（0.008 3～0.011 5），损伤变量随应变增加并非简单的线性增加，而是应变值超过应变损伤阈值之后损伤程度急剧增加，应变损伤阈值为0.008 3。
为研究砂岩型铀矿爆破增渗地浸开采过程中赋矿岩层的破坏特征及损伤演化规律, 利用带有应变控制环的SHPB实验系统，对砂岩试样进行控制应变条件下的动态冲击实验，并结合波速测试实验和CT扫描实验，分析研究了砂岩试样的整体破坏过程、裂纹分布及应变-损伤演化规律。实验结果表明：在冲击荷载作用下，当应变值超过0.008 3时，砂岩试样会突然出现明显的整体破坏，整体破坏形式近似双锥形，其破坏模式为剪切-张拉混合破坏；随着应变的增加，裂纹的产生及扩展大致分为无裂纹阶段（0～0.003 3）、微裂纹起裂阶段（0.003 3～0.008 3）、裂纹贯通阶段（0.008 3～0.009 9）3个阶段，且裂纹分布区域主要集中在试样中间外围。分别从宏观、细观两方面建立了应变-损伤之间的定量关系式，损伤变量随应变的增长趋势大致分为两个阶段：平缓发展区（0～0.008 3）和迅速增长区（0.008 3～0.011 5），损伤变量随应变增加并非简单的线性增加，而是应变值超过应变损伤阈值之后损伤程度急剧增加，应变损伤阈值为0.008 3。
2021, 41(9): 093201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0058
摘要:
地下爆炸与介质的能量耦合和介质中的波传播机制是理解地下爆炸源物理的重要基础。为研究地下爆炸辐射地震波能量的传播衰减规律，分析了黏弹性介质中地下爆炸地震波能量的组成。基于无限介质中黏弹性球面波理论，给出了速度、位移、应力、应变等物理量Laplace域的理论解。利用Laplace数值逆求解方法，建立了黏弹性介质中地下爆炸辐射地震波场的计算方法。以干黄土作为典型黏弹性材料，计算给出了地震波能量的传播特征，分析了地下爆炸辐射能量的传播衰减规律。结果表明：（1）在黏弹性介质中，某球面处流入的能量随半径增加而逐渐降低。在理想弹性介质中，某球面处流入的能量在几倍弹性半径外即可稳定到某一定值；（2）在某一固定的有限观测区域内，当观测时间足够长时，势能和耗散能均趋于某一定值，辐射动能趋于零；（3）当有限的观测区域能容纳一个完整波长的地震波时，地震波辐射动能的稳态值随波传播距离的增大而减小，总体上可以用指数函数和幂函数进行分段拟合。
地下爆炸与介质的能量耦合和介质中的波传播机制是理解地下爆炸源物理的重要基础。为研究地下爆炸辐射地震波能量的传播衰减规律，分析了黏弹性介质中地下爆炸地震波能量的组成。基于无限介质中黏弹性球面波理论，给出了速度、位移、应力、应变等物理量Laplace域的理论解。利用Laplace数值逆求解方法，建立了黏弹性介质中地下爆炸辐射地震波场的计算方法。以干黄土作为典型黏弹性材料，计算给出了地震波能量的传播特征，分析了地下爆炸辐射能量的传播衰减规律。结果表明：（1）在黏弹性介质中，某球面处流入的能量随半径增加而逐渐降低。在理想弹性介质中，某球面处流入的能量在几倍弹性半径外即可稳定到某一定值；（2）在某一固定的有限观测区域内，当观测时间足够长时，势能和耗散能均趋于某一定值，辐射动能趋于零；（3）当有限的观测区域能容纳一个完整波长的地震波时，地震波辐射动能的稳态值随波传播距离的增大而减小，总体上可以用指数函数和幂函数进行分段拟合。
2021, 41(9): 093901.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0240
摘要:
超空泡射弹是水下防御技术的研究热点之一。水下毁伤试验费用大，成本高，陆上等效试验是一种可能的替代方案。为此需要获得水下超空泡射弹侵彻条件下目标与相关材料的等效关系。以MK48-5鱼雷为对象，构建由壳体和14个关键部件组成的典型鱼雷结构模型。考虑水介质对侵彻的影响，将水下超空泡射弹侵彻鱼雷的过程分为两个阶段（a. 射弹侵彻水介质和鱼雷壳体，b. 射弹侵彻鱼雷内部关键部件）；建立水介质耗能模型和靶板耗能模型；依据极限穿透速度等效原则和能量等效原则，分别得出两个阶段目标和等效靶之间的靶板厚度关系；为了获得射弹垂直命中鱼雷不同方向及不同工况毁伤效果，需要对纵向侵彻全雷和横向侵彻鱼雷战雷段、控制段、燃料舱和后舱雷尾4个典型舱段分别进行研究；并基于此建立了水下侵彻和不同工况条件下射弹侵彻鱼雷的多层等效靶模型。
超空泡射弹是水下防御技术的研究热点之一。水下毁伤试验费用大，成本高，陆上等效试验是一种可能的替代方案。为此需要获得水下超空泡射弹侵彻条件下目标与相关材料的等效关系。以MK48-5鱼雷为对象，构建由壳体和14个关键部件组成的典型鱼雷结构模型。考虑水介质对侵彻的影响，将水下超空泡射弹侵彻鱼雷的过程分为两个阶段（a. 射弹侵彻水介质和鱼雷壳体，b. 射弹侵彻鱼雷内部关键部件）；建立水介质耗能模型和靶板耗能模型；依据极限穿透速度等效原则和能量等效原则，分别得出两个阶段目标和等效靶之间的靶板厚度关系；为了获得射弹垂直命中鱼雷不同方向及不同工况毁伤效果，需要对纵向侵彻全雷和横向侵彻鱼雷战雷段、控制段、燃料舱和后舱雷尾4个典型舱段分别进行研究；并基于此建立了水下侵彻和不同工况条件下射弹侵彻鱼雷的多层等效靶模型。
2021, 41(9): 094101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0124
摘要:
材料或结构对强脉冲X射线的响应如热激波的传播和喷射冲量等，统称为X射线热-力学效应，在抗辐射加固研究、天体物理、行星科学等领域具有重要应用。利用驱动电流近10 MA脉冲功率装置上的丝阵Z箍缩X射线源开展了初步的热-力学效应实验。采用20 mm直径的双层铝丝阵产生了约230 kJ的X射线总辐射能，其中铝的K壳层产额约为30 kJ，距离源中心5 cm处的样品上的X射线能注量为732 J/cm2。受辐照样品为厚度2 mm、直径10 mm的铝制圆盘，其背面设置有铝衬套，样品与衬套的总质量为585 mg。采用全光纤光子多普勒测速（PDV）系统来测量受辐照样品后表面的运动过程。PDV测量的样品后表面速度历程显示，当热激波到达后表面时的自由面速度为2.12 km/s，样品最终的整体运动速度为180 m/s。根据冲击波关系式以及动量守恒原理，推导出X射线在样品中产生的热激波应力为19.2 GPa，单位面积上的喷射冲量为1341 Pa·s，进而由喷射冲量和X射线能注量测量结果可以推出冲量耦合系数为1.83 Pa·s·cm2/J。同时，对实验测量结果的可靠性和不确定度进行了讨论和分析。这些实验结果初步验证了将PDV技术应用于热-力学效应研究的可行性。
材料或结构对强脉冲X射线的响应如热激波的传播和喷射冲量等，统称为X射线热-力学效应，在抗辐射加固研究、天体物理、行星科学等领域具有重要应用。利用驱动电流近10 MA脉冲功率装置上的丝阵Z箍缩X射线源开展了初步的热-力学效应实验。采用20 mm直径的双层铝丝阵产生了约230 kJ的X射线总辐射能，其中铝的K壳层产额约为30 kJ，距离源中心5 cm处的样品上的X射线能注量为732 J/cm2。受辐照样品为厚度2 mm、直径10 mm的铝制圆盘，其背面设置有铝衬套，样品与衬套的总质量为585 mg。采用全光纤光子多普勒测速（PDV）系统来测量受辐照样品后表面的运动过程。PDV测量的样品后表面速度历程显示，当热激波到达后表面时的自由面速度为2.12 km/s，样品最终的整体运动速度为180 m/s。根据冲击波关系式以及动量守恒原理，推导出X射线在样品中产生的热激波应力为19.2 GPa，单位面积上的喷射冲量为1341 Pa·s，进而由喷射冲量和X射线能注量测量结果可以推出冲量耦合系数为1.83 Pa·s·cm2/J。同时，对实验测量结果的可靠性和不确定度进行了讨论和分析。这些实验结果初步验证了将PDV技术应用于热-力学效应研究的可行性。
2021, 41(9): 094201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0129
摘要:
为克服传统浸入边界法的质量不守恒缺陷，提出了一种用于可压缩流固耦合问题的强耦合预估-校正浸入边界法。通过阐述一般流固耦合系统的矩阵表示，推导了流固耦合系统的强耦合Gauss-Seidel迭代格式，进一步导出预估-校正格式，提出了预估-校正浸入边界法。该方法使用无耦合边界模型对流体进行预估，将流固耦合边界视为自由面，固体原本占据的空间初始化为零质量的单元，允许流体自由穿过耦合边界。对于流体的计算，使用带有minmod限制器的二阶MUSCL有限体积格式和基于Zha-Bilgen分裂的AUSM+-up方法，配合三阶Runge-Kutta格式推进时间步。在校正步骤中，通过一组质量守恒的输运规则来实现输运过程。输运算法可概括为将边界内侧的流体进行标记，根据标记顺序以均匀方式分割和移动流体，产生一个指向边界外侧的流动，最后在边界附近施加速度校正保证无滑移条件。标记和输运算法避免了繁琐的对截断单元的几何处理，确保了算法易于实现。对于固体的计算，分别采用一阶差分格式和隐式动力学有限元格式求解刚体和线弹性体，并利用高斯积分获得固体表面的耦合力。使用预估-校正浸入边界法计算了一维问题和二维问题。在一维活塞问题中，获得了压力分布、相对质量历史和误差曲线，并与其他方法进行了对比。在二维的激波冲击平板问题中，获得了数值模拟纹影和平板结构的挠度历史，并与实验结果进行了对比。研究表明，该方法区别于传统的虚拟网格方法和截断单元方法，能够精确地维持流场的质量守恒并易于实现，且具有一阶收敛精度，能够较准确地预测激波绕射后的流场以及平板在激波作用下的挠度，为开发流固耦合算法提供了一种新的思路。
为克服传统浸入边界法的质量不守恒缺陷，提出了一种用于可压缩流固耦合问题的强耦合预估-校正浸入边界法。通过阐述一般流固耦合系统的矩阵表示，推导了流固耦合系统的强耦合Gauss-Seidel迭代格式，进一步导出预估-校正格式，提出了预估-校正浸入边界法。该方法使用无耦合边界模型对流体进行预估，将流固耦合边界视为自由面，固体原本占据的空间初始化为零质量的单元，允许流体自由穿过耦合边界。对于流体的计算，使用带有minmod限制器的二阶MUSCL有限体积格式和基于Zha-Bilgen分裂的AUSM+-up方法，配合三阶Runge-Kutta格式推进时间步。在校正步骤中，通过一组质量守恒的输运规则来实现输运过程。输运算法可概括为将边界内侧的流体进行标记，根据标记顺序以均匀方式分割和移动流体，产生一个指向边界外侧的流动，最后在边界附近施加速度校正保证无滑移条件。标记和输运算法避免了繁琐的对截断单元的几何处理，确保了算法易于实现。对于固体的计算，分别采用一阶差分格式和隐式动力学有限元格式求解刚体和线弹性体，并利用高斯积分获得固体表面的耦合力。使用预估-校正浸入边界法计算了一维问题和二维问题。在一维活塞问题中，获得了压力分布、相对质量历史和误差曲线，并与其他方法进行了对比。在二维的激波冲击平板问题中，获得了数值模拟纹影和平板结构的挠度历史，并与实验结果进行了对比。研究表明，该方法区别于传统的虚拟网格方法和截断单元方法，能够精确地维持流场的质量守恒并易于实现，且具有一阶收敛精度，能够较准确地预测激波绕射后的流场以及平板在激波作用下的挠度，为开发流固耦合算法提供了一种新的思路。
2021, 41(9): 095101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0320
摘要:
基于典型城市燃气管道直埋地层特点，通过全尺寸直埋燃气管道爆破地震实验，并结合LS-DYNA动力有限元数值计算软件建立不同爆源距离的无接口和法兰接口的燃气管道模型，分析研究了爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力响应特征及其失效机制。研究结果表明：管道截面应变以轴向拉伸应变为主，环向应变为辅；不同爆破工况下，无接口管道和法兰接口管道及地表峰值振动速度随爆源距离减小而增大；沿管道轴线方向，无接口管道、地表峰值振动速度以管道中心截面为对称面沿两端不断减小，法兰接口管道峰值振速由两侧向中间逐渐增大，在法兰接口处突然减小；法兰接口处出现明显的应力集中现象；管道法兰接口处是爆破地震作用下研究的关键点，螺栓的峰值有效应力、垫片轴向压力、法兰峰值有效应力、法兰偏转角随爆源距离增大而减小；法兰管道偏转角与地表峰值振动速度具有对应关系，法兰接口燃气管道中心正上方地表的控制振速（13.82 cm/s）可作为邻近燃气管道爆破工程地表的安全控制值。
基于典型城市燃气管道直埋地层特点，通过全尺寸直埋燃气管道爆破地震实验，并结合LS-DYNA动力有限元数值计算软件建立不同爆源距离的无接口和法兰接口的燃气管道模型，分析研究了爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力响应特征及其失效机制。研究结果表明：管道截面应变以轴向拉伸应变为主，环向应变为辅；不同爆破工况下，无接口管道和法兰接口管道及地表峰值振动速度随爆源距离减小而增大；沿管道轴线方向，无接口管道、地表峰值振动速度以管道中心截面为对称面沿两端不断减小，法兰接口管道峰值振速由两侧向中间逐渐增大，在法兰接口处突然减小；法兰接口处出现明显的应力集中现象；管道法兰接口处是爆破地震作用下研究的关键点，螺栓的峰值有效应力、垫片轴向压力、法兰峰值有效应力、法兰偏转角随爆源距离增大而减小；法兰管道偏转角与地表峰值振动速度具有对应关系，法兰接口燃气管道中心正上方地表的控制振速（13.82 cm/s）可作为邻近燃气管道爆破工程地表的安全控制值。
2021, 41(9): 095102.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0291
摘要:
钢-混凝土-钢组合板是一种新型的组合结构，与传统钢筋混凝土板相比，具有抗剪强度高、延性大、耗能能力强等特点，目前已经被广泛应用于核反应堆安全壳、海洋平台及储油罐等结构。本文中，设计并制作了缩尺的普通钢筋混凝土板和钢-混凝土-钢组合板，开展了在接触爆炸荷载作用下的实验研究，通过损伤分析、跨中最大挠度对比研究不同板的抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序，研究了钢-混凝土-钢组合板的损伤模式、跨中最大挠度等，并与实验结果进行了对比分析，验证了有限元分析模型的准确性和适用性。参数化分析了炸药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对钢-混凝土-钢组合板抗爆性能的影响规律。利用多参数回归分析方法，提出钢-混凝土-钢组合板跨中挠度的预测公式。结果表明：提高混凝土强度可以降低结构的塑性损伤, 增加钢板厚度可以有效降低钢-混凝土-钢组合板的跨中最大挠度。相对于普通钢筋混凝土板，钢-混凝土-钢组合板保持了良好的整体性，且具有继续承载的能力。拟合公式能够较好地预测钢-混凝土-钢组合板跨中挠度与药量和钢板厚度的关系。
钢-混凝土-钢组合板是一种新型的组合结构，与传统钢筋混凝土板相比，具有抗剪强度高、延性大、耗能能力强等特点，目前已经被广泛应用于核反应堆安全壳、海洋平台及储油罐等结构。本文中，设计并制作了缩尺的普通钢筋混凝土板和钢-混凝土-钢组合板，开展了在接触爆炸荷载作用下的实验研究，通过损伤分析、跨中最大挠度对比研究不同板的抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序，研究了钢-混凝土-钢组合板的损伤模式、跨中最大挠度等，并与实验结果进行了对比分析，验证了有限元分析模型的准确性和适用性。参数化分析了炸药量、混凝土强度和钢板厚度等参数对钢-混凝土-钢组合板抗爆性能的影响规律。利用多参数回归分析方法，提出钢-混凝土-钢组合板跨中挠度的预测公式。结果表明：提高混凝土强度可以降低结构的塑性损伤, 增加钢板厚度可以有效降低钢-混凝土-钢组合板的跨中最大挠度。相对于普通钢筋混凝土板，钢-混凝土-钢组合板保持了良好的整体性，且具有继续承载的能力。拟合公式能够较好地预测钢-混凝土-钢组合板跨中挠度与药量和钢板厚度的关系。
2021, 41(9): 095201.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0363
摘要:
毫秒延时爆破存在同段雷管离散及分段振波叠加效应，对单响药量取值及质点峰值振速的预报带来极大困扰。设计开展毫秒延时爆破试验，建立群孔齐发爆破振速的计算模型，研究并构建炮孔数目对齐发爆破等效药量影响及其取值方法；并基于单孔爆破回归分析结果，提出修正的质点峰值振速与比例距离关系公式。结果表明，群孔齐发爆破等效药量比名义单响药量小，可利用缩比系数和折算炮孔数目进行计算，缩比系数随炮孔数目增加呈指数形式衰减；修正的质点峰值振速与比例距离公式引入的振波叠加因子可反映振波叠加对速度的影响，依据该公式计算得到的质点峰值振速预测值与实测值间平均绝对误差、平均相对误差及均方根误差分别为0.05 cm/s、9.52%、0.059 cm/s，用于现场爆破振动预测切实可行。
毫秒延时爆破存在同段雷管离散及分段振波叠加效应，对单响药量取值及质点峰值振速的预报带来极大困扰。设计开展毫秒延时爆破试验，建立群孔齐发爆破振速的计算模型，研究并构建炮孔数目对齐发爆破等效药量影响及其取值方法；并基于单孔爆破回归分析结果，提出修正的质点峰值振速与比例距离关系公式。结果表明，群孔齐发爆破等效药量比名义单响药量小，可利用缩比系数和折算炮孔数目进行计算，缩比系数随炮孔数目增加呈指数形式衰减；修正的质点峰值振速与比例距离公式引入的振波叠加因子可反映振波叠加对速度的影响，依据该公式计算得到的质点峰值振速预测值与实测值间平均绝对误差、平均相对误差及均方根误差分别为0.05 cm/s、9.52%、0.059 cm/s，用于现场爆破振动预测切实可行。
2021, 41(9): 095401.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0295
摘要:
针对石化装置罐区大口径、长距离管道内火焰传播缺乏系统研究的问题，设计搭建了DN50～DN500工业尺度管道火焰传播实验装置，并开展了丙烷/空气、乙烯/空气等可燃气体在不同管径下的实验研究。实验结果表明：可燃气体积分数对火焰传播及爆轰有一定影响，当接近化学计量浓度时，爆轰加速距离更短，更易形成稳态爆轰，而当可燃气混合气为贫燃或富燃状况时，爆轰加速距离则会增长；火焰爆轰传播速度、爆轰压力与管道管径基本无关，受可燃气种类影响更大；对应体积分数为6.6%的乙烯/空气和体积分数为4.2%的丙烷/空气混合气体，爆轰压力分别是初始压力的15.17和14.47倍，DN150以下管径内的爆轰压力远高于ISO16852标准给出的参考值。罐区连通管道阻火器选型安装时，应结合安装位置选用合适的阻火器。
针对石化装置罐区大口径、长距离管道内火焰传播缺乏系统研究的问题，设计搭建了DN50～DN500工业尺度管道火焰传播实验装置，并开展了丙烷/空气、乙烯/空气等可燃气体在不同管径下的实验研究。实验结果表明：可燃气体积分数对火焰传播及爆轰有一定影响，当接近化学计量浓度时，爆轰加速距离更短，更易形成稳态爆轰，而当可燃气混合气为贫燃或富燃状况时，爆轰加速距离则会增长；火焰爆轰传播速度、爆轰压力与管道管径基本无关，受可燃气种类影响更大；对应体积分数为6.6%的乙烯/空气和体积分数为4.2%的丙烷/空气混合气体，爆轰压力分别是初始压力的15.17和14.47倍，DN150以下管径内的爆轰压力远高于ISO16852标准给出的参考值。罐区连通管道阻火器选型安装时，应结合安装位置选用合适的阻火器。
2021, 41(9): 095402.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0016
摘要:
为研究纳米疏水性SiO2粉末作为阻燃剂和流动增强剂作用下丁烷爆炸速度与压力的耦合规律，在自行设计并搭建的基于LabVIEW控制系统的爆炸测试平台上开展了实验，通过休止角测试、SEM（scanning electron microscope）和EDS（energy dispersive spectrometer）分析了粉末团聚情况，分析了混合粉末抑制爆炸的机理，同时，实验了不同比例和不同浓度下纳米疏水性SiO2改善CaCO3粉末流动性并协同其抑制丁烷爆炸的效果，对爆炸火焰速度和压力的耦合关系进行了分析。结果表明，添加疏水性SiO2可以使混合粉末的休止角降低，流动性增强，改善粉末的扩散效果和贮存能力，改变混合粉末的比例和浓度对燃烧反应有着显著的影响，在一定浓度范围内，粉末通过较大的比表面积和热解结合燃烧区域的自由基，使火焰传播速度和爆炸超压显著下降，但过大的粉末浓度会促进初期的爆炸，并且两种粉末协同对爆炸的抑制效果优于单一粉末。在混合粉末的抑制作用下，爆炸压力达到最大值时速度几乎降至最低，压力波形由持续上升变为单峰曲线。此外，在SiO2和CaCO3两种粉末质量比为1∶1混合、粉末质量浓度为106 g/m3时，对丁烷体积分数为4.20%的丁烷-空气混合气体爆炸的抑制效果最佳，火焰传播平均速度和最大爆炸超压的衰减率分别为85.5%和59.6%。
为研究纳米疏水性SiO2粉末作为阻燃剂和流动增强剂作用下丁烷爆炸速度与压力的耦合规律，在自行设计并搭建的基于LabVIEW控制系统的爆炸测试平台上开展了实验，通过休止角测试、SEM（scanning electron microscope）和EDS（energy dispersive spectrometer）分析了粉末团聚情况，分析了混合粉末抑制爆炸的机理，同时，实验了不同比例和不同浓度下纳米疏水性SiO2改善CaCO3粉末流动性并协同其抑制丁烷爆炸的效果，对爆炸火焰速度和压力的耦合关系进行了分析。结果表明，添加疏水性SiO2可以使混合粉末的休止角降低，流动性增强，改善粉末的扩散效果和贮存能力，改变混合粉末的比例和浓度对燃烧反应有着显著的影响，在一定浓度范围内，粉末通过较大的比表面积和热解结合燃烧区域的自由基，使火焰传播速度和爆炸超压显著下降，但过大的粉末浓度会促进初期的爆炸，并且两种粉末协同对爆炸的抑制效果优于单一粉末。在混合粉末的抑制作用下，爆炸压力达到最大值时速度几乎降至最低，压力波形由持续上升变为单峰曲线。此外，在SiO2和CaCO3两种粉末质量比为1∶1混合、粉末质量浓度为106 g/m3时，对丁烷体积分数为4.20%的丁烷-空气混合气体爆炸的抑制效果最佳，火焰传播平均速度和最大爆炸超压的衰减率分别为85.5%和59.6%。
2021, 41(9): 095403.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0437
摘要:
为了研究惰性粉体对导管泄爆过程的影响，采用质量浓度C为0、40、80、120、160、200 、240 g/m3的碳酸氢钠（NaHCO3）粉体，分别抑制连接不同长度（250 mm、500 mm、750 mm）泄爆导管的5 L容器内甲烷/空气预混气爆炸。对火焰传播特性分析结果表明：容器内添加NaHCO3粉体可以极大地削弱导管内二次爆炸，且合适质量浓度的NaHCO3粉体可以消除二次爆炸。随着NaHCO3粉体质量浓度增加，容器内火焰结构逐渐不规则化，火焰到达容器末端时间延长，导管内火焰经历弱化到熄灭过程，不同质量浓度NaHCO3粉体导致3种火焰速度发展模式。对压力特性分析得知，导管内爆炸超压上升机理依赖于NaHCO3粉体质量浓度，粉体质量浓度较低时，容器中最大爆炸超压取决于二次爆炸产生的第二压力峰值，反之取决于火焰在容器触壁时产生的第一压力峰值。随着NaHCO3粉体质量浓度增加，超压峰值下降率先增加然后趋于稳定，表明质量浓度效应逐渐减弱。最后定量分析了导管-容器配置中火焰传播速度与爆炸超压的关系。
