基于红外辐射的爆炸火焰温度补偿测算技术

应用辐射测温法进行爆炸火焰温度测试时,火焰发射率取经验定值的方法与火焰燃烧机理存在较大的偏差,同时测点距离与环境温湿度也会导致不同程度的热辐射衰减,从而影响爆炸火焰温度的测量精度。本文针对上述两个问题,基于大气辐射理论与光学传播规律,提出了辐射路径衰减补偿模型,结合由红外热像仪和比色测温仪测量的爆炸火焰动态发射率,对爆炸场火焰真温进行联合反演,并将测算结果与比色测温仪测得的火焰表面温度进行对比,得到了反演温度误差范围。试验结果表明,利用本文所提出的补偿模型测算得到的爆炸火焰温度,误差由补偿前的55.699%～89.847%降低到11.292%～59.077%,有效提高了外场爆炸瞬态火焰温度的测算精度。     

比色测温技术在瞬态爆炸温度场测量中的应用研究

为了研究瞬态爆炸温度场分布规律,基于高速相机、黑体辐射理论、图像传感器的拜尔阵列和自编python代码,构建了依据比色测温原理的高速二维温度测试系统,并对添加不同含量TiH₂的乳化炸药、TiH₂粉尘以及C₂H₂气体的爆炸温度场进行了测量。实验结果表明:TiH₂的加入可以显著提高炸药的爆炸温度和火球持续时间,当乳化炸药中的TiH₂质量分数为6%时,爆炸平均温度最大值为3048 K,相比纯乳化炸药提高了41.5%;此外,TiH₂粉尘云火焰平均温度呈现先增大,再稳定,最后减小的趋势,浓度为500 g/m3的粉尘云火焰平均温度高于浓度为833 g/m3的平均温度,其最高平均温度分别为2231 和 2192 K;10%C₂H₂/90%空气预混气体（即体积分数为10%的C₂H₂和90%空气组成）的早期火焰温度均匀,内部略低于边缘温度,随着火焰膨胀,火焰边缘温度逐渐升高,火焰平均温度开始降低。与传统爆炸测温手段相比,比色测温方法可以准确测量某区域的瞬态爆炸温度,获得温度分布云图,为研究瞬态爆轰温度规律及影响因素提供了一种新的技术手段。     

负压环境对乳化炸药爆炸温度场和有害效应的影响

为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制,利用自制的可视化球形爆炸罐,通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声,采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场,并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的提高,爆炸火球亮度更高,持续时间更长,形态更稳定;当真空度为0 k Pa时,火球在19.35μs时破裂,而当真空度为100 k Pa时,火球在58.05μs才开始破裂;低初始真空度对火球温度影响较小,而60 k Pa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度;冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低,但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明,随着真空度的提高,冲击波峰值压力降低,冲击波速度逐渐降低至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外,初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声,与常压相比,当罐体内真空度为100 k Pa时,爆炸噪声的声压级降低了35.9 d B,降幅为29.8%。     

瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸的数值模拟

建立了描述瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘参与爆炸的物理和数学模型,借助流场模拟平台,对瓦斯爆炸 卷扬沉积煤尘参与爆炸的过程进行了数值模拟;并把模拟值与实验值进行了对比;对爆炸过程中的速度场和 温度场进行了深入的分析。通过比较分析爆炸压力、速度场以及温度场,认为模拟结果清楚地展现了沉积煤 尘的扬起和爆炸过程,达到了瓦斯爆炸诱导沉积煤尘爆炸数值模拟的要求。     

高温和高压对乙烷在氧气中爆炸极限影响的实验研究

获得高温、高压下可燃介质爆炸极限数值,对完善复杂工况下可燃介质燃爆安全理论、构建可燃介质爆炸防护技术提供支持。搭建了适用于开展高温、高压工况的20 L球形爆炸实验装置,测量了初始温度为20～270 ℃,初始压力为0.5～2.6 MPa下乙烷在氧气中的爆炸极限,分析温度、压力单因素对乙烷在氧气中的爆炸极限的影响以及温度和压力双因素的耦合影响。结果表明,随着初始压力和初始温度的提高,乙烷在氧气中的爆炸极限逐渐扩大。在温度小于140 ℃时,在高压和低压两种情况下,压力对乙烷爆炸上限的影响基本一致。在温度高于140 ℃时,压力的升高使乙烷爆炸上限升高,但其影响的效果逐渐减小。在初始压力小于1.6 MPa时,温度的升高使乙烷的爆炸上限升高,但其影响的效果变化很小。在压力大于1.6 MPa,温度高于140 ℃时,温度的升高使乙烷的爆炸上限升高,且其影响的效果逐渐增大。温度和压力的升高均使乙烷的爆炸下限降低,但其影响较小。初始温度和初始压力对乙烷在氧气中爆炸极限的耦合作用略小于两个因素作用的和,但大于单个因素的作用。通过拟合得到了C₂H₆/O₂爆炸极限随初始压力、初始温度变化的定量规律。     

单色高温计测量火焰动态温度的可行性实验研究

一种测量固体表面温度的单色高温计经改进后,用于火焰动态温度测量,本文设计了三组实验对其可行性进行研究,即:黑火药与铝热剂的分层火焰温度测量实验、单色高温计与热电偶的测温对比实验和激波管内氢氧爆炸火焰动态温度测量实验。结果表明,当目标尺寸远大于单色高温计红外视场时,所测火焰温度可视为单色高温计光轴上的最高温度;采用单色高温计和热电偶同时测量发光火焰的温度,测量结果相差不到6.2%;单色高温计所测氢氧爆炸火焰的动态温度曲线,较好地反映了爆炸火焰的动态传播规律;经改进的单色高温计可以用于爆炸火球等发光火焰的动态温度测量。     

高温熔融铝液与水接触爆炸过程实验研究

为探究高温熔融铝液与水相互作用的爆炸机理,设计了一套高温熔融铝液与水接触爆炸实验测试系统,应用红外热像仪、高速摄像机、压力传感器等设备监测高温熔融铝液与水相互作用过程,并对高温熔融铝液与水接触爆炸过程的能量转化规律进行了分析.实验结果表明:高温熔融铝液与水接触瞬间发生膜态沸腾,水剧烈汽化产生的冲击在水中产生扰动并快速扩...     

FAE爆炸场超压与威力的实验研究

利用现场测试系统动态灵敏度标定技术,分别等精度测试了FAE和TNT爆炸场峰值超压。在此基础上获得了各自的爆炸波峰值超压随传播距离的拟合曲线和TNT当量比。结果表明:FAE爆炸场超压分布规律与TNT有显著区别,前者属于大体积云雾爆炸,爆炸场可划分为云雾爆轰区、云雾边缘区和冲击波作用区;在云雾爆轰区,超压平均值在2.6MPa左右,在小于2/3云雾半径的范围内比同质量的TNT低,在大于2/3的云雾半径范围则显著大于TNT;在冲击波作用区,环氧丙烷燃料的FAE爆炸超压约是TNT爆炸效果的5倍,超压均呈衰减趋势,但FAE衰减比TNT缓慢许多。     

温压炸药的爆炸温度

根据温压炸药的爆炸特性,采用红外热成像仪研究温压炸药的爆炸温度。通过对实验结果的分析发现,与等量TNT相比,温压炸药爆炸云团温度较高,高温持续时间是TNT的2~5倍,高温云团体积可达TNT的2~10倍,体现了温压炸药相对于传统高能炸药的温度场优势。药剂被引发后所形成的高温环境,足以维持其中铝粉的后续快速燃烧反应,从而为增强爆炸冲击波提供帮助。     

爆炸地震波模拟研究

基于能够描述爆炸地震波的非平稳随机过程模型进行爆炸地震波的模拟研究。基于爆炸地震能量守恒以及经验关系,提出了能够考虑装药量和爆距影响的爆炸地震波功率谱密度和幅值包络线模型,并且利用实测的爆炸试验数据,对模型参数进行标定,给出单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波实用模拟方法。结果表明模拟得到的爆炸地震波时程能够很好地再现爆炸地震波的一些特性。     

用于冲击波温度测量的宽动态线性光学高温计

采用直线聚焦型光电倍增管（PMT）,研制了用于冲击波温度测量的8通道辐射高温计。改进后的PMT分压器电路使系统各通道脉冲输出线性均大于8 mA（-800 V高压）,饱和光强域值达到约100 W量级,响应时间（上升沿）小于3 ns。该系统对光谱辐亮度值的相对测量不确定度为约3%,已成功用于测量50 kK以内的高温辐射历史和冲击波温度。     

汽油云雾中不同氧气、氮气含量对爆轰温度的影响

本文描述了一种利用多通道高温计测量汽油云雾爆轰瞬态温度的方法,这种方法既适合云雾爆轰辐射充满光纤接收角,又适用辐射部分进入光纤接收角,我们在激波管内,以光纤传输光能,用多通道高温计测量了汽油云雾中氧气、氮气对爆轰温度的影响。研究表明:对于富含汽油的混合物,增加氧含量可使爆轰温度增加;增加氮含量可导致爆轰温度下降,它和利用传感器测量结果吻合。     

用光电技术测定爆轰参数

本文介绍了一种用光电技术同时测定爆速和爆温、爆压和爆温的方法。用光电比色技术测定炸药爆轰温度的同时,用两个爆轰面上爆轰的时间差计算爆轰波速度;或用透明介质中冲击波速度来反算炸药中的爆轰压力。方法原理可靠,技术简便。     

起爆高密度TATB炸药的飞片速度阈值

采用实验与数值模拟相合的方法研究了飞片起爆钝感TATB炸药的性能。设计了飞片可靠起爆钝感TATB炸药的起爆序列,利用全光纤位移干涉测速系统分别测出飞片可靠起爆和未起爆TATB炸药的速度,初步确定飞片起爆钝感TATB炸药的起爆速度阈值。采用DYNA2D程序对飞片起爆TATB炸药过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果相符合。     

固体炸药爆轰温度的实验研究

用光电比色高温计测定了固体炸药TNT、Tetryl、PETN的爆轰温度及爆轰前沿和透明液体相互作用后的爆轰产物的温度。为了讨论实验误差,还研究了爆轰温度随密度的变化以及不同透明液体对爆温测量的影响。     

An experimental study of temperature structure of shock relaxation in air-dusty explosive media

A transient optical-electrical two-color pyrometer combined with optical-fibers was utilized to measure the temperature of shock relaxation in air-dusty explosive media in tiny transparent tubes. The external and internal diameters of the tubes are 3.0 mm and 1.5 mm, respectively. The explosives coated on the inner wall of the tubes are RDX/Al 91/9 with a loading density of 9 kg/m³ initiated by an electric spark. The temperature profiles versus time at various stages during the ignition-to-detonation transition processes of the media are given and discussed in detail. It is shown that there is a special temperature structure of the shock relaxation in multiphase reactive media different from that of a detonation in condensed high explosives. This article was processed by the author using Springer-Verlage TEX PJour2g macro package version 1.