钝感炸药爆轰性能的数值模拟

采用唯象反应率及相应状态方程对敏感与钝感两类炸药进行了数值模拟研究。结果表明:应用一般流体力学方程组的差分计算与反应率对释能过程的模拟，虽不能模拟爆轰波的精细结构及由此而引起的非理想效应，但仍能反映钝感炸药的部分性能。对数值模拟中的一些限制与条件，也进行了探讨。     

四种炸药爆轰波绕射数值模拟研究

报导了采用二维Ｌａｇｒａｎｇｅ反应流体动力学程序ＷＳＵ数值模拟计算ＲＨＴ－９０１、ＪＯ－９１５９、ＪＢ－９００１炸药绕直角和液体硝基甲烷炸药绕６０、９０、１２０角的爆轰波绕射过程，对绕爆机理进行了分析。经与实验观测结果比较，数值模拟较准确地再现了爆轰波的绕射过程。     

爆轰传播研究的近代进展

综述了八九十年代国外爆轰传爆研究的主要方向和进展，包括直径效应、曲率效应、发散爆轰波的传播、爆轰冲击波动力学、爆轰传播的数值模拟和炸药爆轰性能的有关问题等。斩近分析理论和爆轰冲击波动力学的工作，对发散爆轰传播规律的认识正在不断深化，提出了一些有效的理论方法，从而为更精确的爆轰数值模拟技术，尤其是爆轰驱动等勺的精确计算开辟了新的道路。     

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄ）０，以及渐近状态下爆轰波与药柱边界的夹角。     

计算发散爆轰波传播的DSD方法

首先对爆轰冲击动力学（ＤＳＤ）方法的理论基础进行了探讨，完整地给出了它的数学表达，并研究了它的具体计算问题，指出了它的难点在于动边界问题的处理、然后针对两种特殊的几何条件，提出了用变量替换方法变动边界为定边界的思路。最后，根据计算结果，讨论了各种参数对波形的影响，特别是钝感炸药和敏感炸药所体现出的差异。     

一类爆轰合成用乳化炸药的爆轰反应特征

结合热分解特性、爆轰产物状态及数值计算探讨所制备的含Fe、Mn(Zn)元素乳化炸药的爆轰反 应特征。对该系列乳化炸药及其爆轰产物分别进行DSC和DTG实验、XRD检测和TEM 表征,通过比较不 同类型炸药及其爆轰产物的热分解特征、爆轰产物的成分和形貌、晶型畸变度等研究该类炸药爆轰反应特征; 并通过数值计算研究和佐证了不同温度和压强状态下,爆轰固体产物可能存在状态。结果表明:硝酸铵有利 于炸药爆轰时形成相对比较均匀和平稳的爆轰反应结构,而这种结构有利于可重复性合成比较单一和均匀 的爆轰产物。高密度炸药的爆轰产物比低密度炸药的相对纯净。低密度炸药不完全爆轰,导致了爆轰产物杂 质较多;数值计算结果表明,爆轰固体产物分布相图可以辅助分析爆轰固体产物可能存在状态及Mn(Zn)的 爆轰合成机制。     

流固耦合数值方法在点爆发散爆轰驱动平板飞片中的应用

采用Eulerian/Lagrangian耦合方法对炸药与飞片直接接触的爆轰驱动问题进行了数值模拟.其中对炸药和环境气体应用Euler方法、对飞片应用Lagrange方法分别计算,流体与固体接触面采用Ghost Fluid方法和外插技术进行处理,全程模拟了炸药起爆、爆轰波传播、大板变形和运动等过程,着重分析了大板飞片后...     

带隔板装药爆轰波马赫反射理论研究和数值模拟

基于三波理论和Whitham方法对带隔板装药爆轰波相互作用后发生的正规反射和非正规反射进行了理论分析,给出了爆轰波发生马赫反射时临界入射角和马赫杆增长角等参数的变化规律,提出了马赫杆高度的计算模型。基于凝聚炸药爆轰Jones-Wilkins-Lee(JWL)模型和冲击起爆的Lee-Tarver模型,利用有限元计算软件对带隔板装药爆轰波的传播过程进行了数值模拟。结果表明,发生马赫反射后,随着爆轰波的传播,马赫杆的高度不断增加。数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,说明本文中采用的理论模型和数值模拟方法能够较准确地描述带隔板装药爆轰波马赫反射的传播过程。     

塑料粘结TATB炸药散心爆轰波相对强度的发展

设计了几何相似的三种尺寸的半球形塑料粘结ＴＡＴＢ炸药系统。进行了驱动铜飞层和冲击有机玻璃靶的模比（或相似）实验及二维数值模拟计算，揭示了这种炸药系统散心爆轰波相对强度增长的行为。结果表明：在小尺寸情况下，炸药的爆轰性能明显偏离比例律（ｓｃａｌｉｎｇ ｌａｗ），但偏离并不很大；对于工程应用爆轰装置的精细计算，若采用不考虑化学反应的爆轰产物经验状态方程，需要用不同的状态方程参数描述不同尺寸炸药系统的行     

含铝炸药能量释放的简化模型

为了在水下爆炸效应中反映出非理想爆轰特性的影响,建立了含铝炸药非理想爆轰能量释放的简化模型。该模型以CJ爆轰理论和二次反应理论为基础,把含铝炸药化学反应划分为快速反应和慢速反应,以释放的化学能和慢反应速率常数作为非理想特征参数,并应用于一维数值模拟。计算结果与基本实验结果一致,冲击波峰值的计算误差不大于10％,衰减时间常数的误差小于5％,冲击波能与实验值也具有良好的一致性。简化模型合理地描述了含铝炸药非理想爆轰的主要过程及非理想特性,可应用于含铝炸药的设计和爆炸效应的分析。     

用于爆轰驱动的射流起爆实验研究

爆轰驱动激波风洞的自由来流模拟范围与驱动气体的爆轰极限密切相关,爆轰极限越宽则模拟范围越大。驱动气体一般是通过点火管进行起爆的,提高点火管的起爆能力可以拓宽爆轰极限。为了提高点火管起爆能力,就点火管口径、点火气体爆轰敏感性和单/双点火管3种因素的影响进行了实验研究。在不同的点火管初始条件下,对驱动段波速进行了测量。结论如下:(1)提高点火管口径可以显著提升起爆能力;(2)点火气体爆轰敏感性对起爆能力有影响,点火管为缩径内型面时,低敏感性气体起爆能力更强,点火管为等径内型面时则低敏感性气体和高敏感性气体的起爆能力大体持平;(3)在保证射流同步的前提下,双点火管能够提高起爆能力,为保证射流同步性需使用化学恰当比的氢氧混气等爆轰敏感性强的点火气体。     

超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究

预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。     

大型水平爆轰管中悬浮铝粉爆炸过程的实验研究

铝粉的燃烧与爆轰性能是粉尘爆炸领域研究的热点.利用长29.6m,内径199mm,配有40套喷粉扬尘系统的水平爆轰管,在40J电火花点火条件下,实现了悬浮铝粉-空气混和物火焰加速、爆燃、爆轰及其转捩过程,测得了爆炸波传播过程中的压力信号,并且观察到了爆轰波的稳定传播现象.实验结果表明,当铝粉浓度为300 g/m3时,在距离点火端10.15m(长径比L/D=51)处发生了DDT,测得的爆轰波传播过程中管内的最大爆速为1840m/s,最大峰值超压为10.5MPa.铝粉尘爆炸波在爆轰管内的传播过程可分为爆燃段、爆燃转爆轰(DDT)、爆轰增强以及稳态爆轰四个阶段.     

Experimental study on spherically imploding detonation waves

Spherically imploding detonation waves propagating in a stoichiometric propane-oxygen mixture in a convergent hemispherical space having an innerdiameter of 800 mm were experimentally investigated with an intention to clarify the reason for the anomalous increase of the pressure and temperature behind the imploding detonation waves observed in a smaller vessel having an inner-diameter of 360 mm. The relations between the radial distance of the detonation front, the peak pressure, spectroscopic temperature at the imploding detonation front and those behind the shock waves reflected from the implosion focus show almost the same tendencies as in the smaller convergent space. The pressure as well as the temperature at the imploding detonation front increases, with the propagation of the implosion, more rapidly than theoretically estimated. The reason for it is attributed to the double imploding detonation waves.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1990.     

阻爆器扩张腔中心缓冲隔离板对气相爆轰波的衰减作用

阻火器和阻爆器是工业上常用的重要安全设备。爆轰火焰的猝熄要比爆燃火焰猝熄困难得多 ,因为这不仅取决于阻火芯而且与阻爆器结构有直接关系。在阻爆器扩张腔中部设置球面形缓冲隔离板 ,实验研究了在不同爆轰火焰速度时 ,在缓冲隔离板作用下 ,入射爆轰波压力衰减情况 ,以及对爆轰火焰猝熄所产生的有利影响 ,给出了实验结果。     

气相爆轰物理的若干研究进展

爆轰现象的研究已经有一百多年的历史了,爆轰物理的研究取得了许多重要进展.本文从爆轰波的经典理论、胞格爆轰波的多波结构、气相爆轰波形成机理、气相爆轰波传播机制等方面综述了相关的若干研究进展,评述了这些进展的科学性与局限性,并探讨了将来可能的研究方向.这些研究进展主要包括:CJ(Chapman-Jouguet)理论和ZND(Zel'dovich,von Neumann,D?ring)模型、爆轰波多波结构、爆轰胞格特征、直接起爆和爆燃转爆轰过程、热点起爆机制、爆轰波稳定性、扰动爆轰波的传播等.爆轰波是以超声速传播的自持燃烧现象,涉及了激波相互作用、燃烧化学反应、湍流扩散和流动不稳定性等复杂的气动物理过程,相关研究具有重要的学科理论意义.另外,爆轰燃烧具有高效的热化学能释放特点,在先进的热力推进技术方面有着重要的应用背景,因此相关研究也具有重要的工程应用价值.      

管道内全阻塞障碍物对气相爆轰波传播特性的影响

建立了长2 800 mm、内径为50 mm的圆管内爆轰波传播实验装置,采用光电二极管探测火焰锋面以获得爆轰波的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波的胞格结构。通过在管道不同位置设置阻塞率为1的聚丙烯薄膜,研究不同初始压力下不同氩气稀释浓度的C₂H₂+2.5O₂+nAr预混气体爆轰波在通过全阻塞障碍物前后传播速度及胞格结构的变化。结果表明,气相爆轰波在达到稳态爆轰后,在通过全阻塞薄膜障碍物的过程中会产生2种不同的传播形式:速度亏损和爆轰失效。气相爆轰波穿过不同区域的传播过程可以分为3个阶段:稳态传播阶段、速度亏损阶段或爆轰失效阶段、过驱爆轰阶段。     

Numerical simulation of spinning detonation in square tube

A single spinning detonation wave propagating in a square tube is simulated three-dimensionally with the detailed chemical reaction mechanism for hydrogen/air mixture proposed by Petersen and Hanson. The spinning detonation is composed of a transverse detonation rotating around the wall normal to the tube axis, triple lines propagating partially out of phase, and a short pressure trail. The formation of an unburned gas pocket behind the detonation front was not observed in the present simulations because the rotating transverse detonation completely consumed the unburned gas. The calculated profiles of instantaneous OH mass fraction have a keystone shape behind the detonation front. The numerical results for the pitch and track angle on the tube wall agree well with the experimental results. This paper is based on work that was presented at the 20th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems at Montreal, Canada, from July 31 to August 5, 2005.