多项式形式Mie-Grüneisen物态方程及其等熵线

在压缩度不十分大,冲击波速度和波后粒子速度呈线性关系的条件下,将Hugoniot关系对压缩度展开,并进行适当的修正,获得了在炸药爆轰作用和高速碰撞的数值模拟和理论分析中常用的多项式形式Mie-Grüneisen物态方程系数和Hugoniot参数之间的关系,从而给出了一种近似的物态方程。此外,利用热力学关系,还获得了等熵声速和等熵方程的解析表达式。利用本文的公式,对10种最常用的轻、重金属进行了计算,并和文献中发表的数据进行了比较,结果表明,这里所提供的物态方程在100GPa以下有很好的精度。由解析形式的等熵方程,还可导出一些非常有意义的结论,这些结论对于分析爆炸作用和高速碰撞现象是很有用处的。     

多项式形式Mie-Grneisen物态方程及其等熵线

在压缩度不十分大,冲击波速度和波后粒子速度呈线性关系的条件下,将Hugoniot关系对压缩度展开,并进行适当的修正,获得了在炸药爆轰作用和高速碰撞的数值模拟和理论分析中常用的多项式形式Mie-Grneisen物态方程系数和Hugoniot参数之间的关系,从而给出了一种近似的物态方程。此外,利用热力学关系,还获得了等熵声速和等熵方程的解析表达式。利用本文的公式,对10种最常用的轻、重金属进行了计算,并和文献中发表的数据进行了比较,结果表明,这里所提供的物态方程在100GPa以下有很好的精度。由解析形式的等熵方程,还可导出一些非常有意义的结论,这些结论对于分析爆炸作用和高速碰撞现象是很有用处的。     

爆轰传播理论的解析研究方法(一)

爆轰是一类特殊的爆炸现象,爆轰中能量释放和转化过程(通常是化学反应)以一个超声速运动的冲击波为先导和反应触发机制,并以强间断形式在爆炸介质中传播。爆轰物理的基本问题包括爆轰反应机理,爆轰的引发、建立和传播,定态爆轰的纵向和横向结构,爆轰产物的热化学和物态方程,爆轰波相互作用及近距效应,爆轰彼的稳定性,一般的非定常爆轰及爆轰的数值模拟。     

金属约束下定常非理想爆轰的理论研究

为了对金属约束条件下的定常非理想爆轰进行理论研究,对未反应炸药和爆轰产物采用JWL形 式状态方程,对金属采用p(,T)形式状态方程。采用过爆轰前导冲击波的流线偏转角在影响域内沿高度线 性变化的假设,并且由未反应炸药和金属的冲击波极曲线的交点确定爆轰冲击边缘角,则可从未反应炸药斜 冲击波极曲线关系式求出爆轰前导冲击波阵面的形状。采用爆轰前导冲击波阵面之后的流线是直线的假设, 则爆轰流动控制方程由偏微分方程变为沿流线的常微分方程,沿着所有流线求解便给出爆轰化学反应区内 声速线与化学反应结束线的位置。理论分析同时给出约束金属折射冲击波后面的流体的流动状态。理论结 果给出的爆轰化学反应区结构特征和约束金属内的流动状态特征与高精度数值模拟的结果符合良好,说明 本文中给出的理论方法具有良好的合理性和适用性。     

组合状态方程在数值计算上的应用及分析

利用建立在爆轰产物实验等熵线数据上的组合状态方程以及常用的Jones-Wilkins-Lee (JWL)和Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)爆轰产物状态方程进行了爆炸数值分析。状态方程数值计算的压力波形与实验波形的对比表明:组合状态方程和JWL状态方程计算的波形的到时、峰值、形状能够与实验吻合;BKW状态方程等熵式计算的数值波形峰值基本能够与实验吻合,但形状吻合不佳。     

二维数值模拟爆轰中化学反应率的应用

续定常爆轰数值模拟中化学反应率与人为粘性的相关性,本文对体积起爆函数进行了一维、二维系统考查,并与Cochran反应率做了二维对比计算给出数值结果。数值模拟爆轰的复杂相互作用,应用体积起爆函数为好。     

一种基于Hugoniot关系的爆轰产物等熵状态方程

对136组不同炸药的爆轰产物压力-粒子速度实验数据进行分段拟合,得到一个过C-J点的爆轰产物Hugoniot经验关系;对该经验关系进行Riemann积分,得到一个描述爆轰产物压力相对比容关系的爆轰产物等熵状态方程,该方程的参数仅为炸药的初始比容和C-J状态量,与传统经验等熵状态方程相比,不需要进行实验标定,因此可节约标定方程的实验成本和计算成本。为验证方程的合理性,采用该方程在压力相对比容平面上给出了Comp-B、HMX、PETN、ANFO、TNT以及LX-14炸药的爆轰产物等熵膨胀曲线,发现与采用JWL状态方程给出的相应炸药爆轰产物等熵膨胀曲线符合较好。     

爆轰产物压力势能缓释方法研究

为扩大脉冲爆轰技术的应用领域 ,抑制其振动、噪声等不利因素 ,提高能源转换效率的可能性 ,本文通过实验和数值计算 ,研究了单次爆轰产物通过孔盘将压力势能缓慢释放到相邻腔体的现象。实验在长 2m、内径 40mm的爆轰管中进行 ,数值模拟采用自适应的有限体积方法和有限速率化学反应模型。实验和数值模拟分析的结果均表明 ,在爆轰管与相邻腔体之间放置孔径适当的隔离孔盘 ,可以使爆轰产物的压力势能逐渐地传递到腔体内 ,造成随时间逐渐上升的压力分布。     

强爆轰驱动飞片的数值模拟研究

在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。     

点引爆圆板装药驱动飞板的实验及二维数值模拟

本文报导点引爆圆板装药驱动飞板的实验及二维数值模拟研究结果。实验测定了有机玻璃、铝、钢和铜四种飞板在爆轰产物驱动下的碰靶时间及碰靶波形,并将二维数值模拟结果与测量结果进行了比较,二者符合较好。文中还就数值模拟中存在的一些问题进行了简要分析、讨论。     

Three-dimensional numerical simulation of detonations in coaxial tubes

Three-dimensional numerical simulation of detonations in both a circular tube and a coaxial tube are simulated to reveal characteristics of single spinning and two-headed detonations. The numerical results show a feature of a single spinning detonation which was discovered in 1926. Transverse detonations are observed in both tubes, however, the single spinning mode maintains the complex Mach reflection whereas the two-headed mode develops periodically from the single Mach reflection to the complex one. The calculated cell aspect ratio for the two-headed mode changes from 1.09 to 1.34 as the radius of axial insert increases from r ₁/R = 0.1 to 0.9. The calculated cell aspect ratio for r ₁/R = 0.1 is close to the experimental results without an axial insert. The formation of an unreacted gas pocket behind the detonation front was not observed in the single spinning mode; however, the two-headed mode has unreacted gas pocket behind the front near the axial insert.      

爆炸变形战斗部模型试验研究

测量了爆炸变形战斗部模型的破片密度和初速分布 ,得到了辅助装药爆炸驱动壳体变形的过程的X光照片。结果表明 ,与相同尺寸的柱形战斗部相比 ,爆炸变形战斗部飞向目标的破片不仅密度大幅度地增加 ,而且初速也有一定程度的提高 ,从而增强了战斗部对目标的毁伤能力。     

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。     

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。     

Detonability of fuel-oxygen and fuel-air mixtures

An analysis of theoretical models and experimental investigations of the detonability of unconfined detonation in uniform gaseous mixtures shows a disparity in results. The present study is limited to propane, acetylene and methane diluted with oxygen or air in variable proportions and initial pressures at ambient temperature conditions. Because of the disparity in results, a simple and general formulation of critical initiation energy for gaseous detonations has been investigated. The problem has been formulated using the conservation equation of total energy enclosed by the shock. From this, a simple form for the critical energy has been deduced. This approach leads to a good simulation in uniform mixtures, regardless of initiation conditions. Some applications are presented in this paper. A new experimental study on the detonability of methane/oxygen mixtures diluted with propane and/or nitrogen is reported. The gaseous mixtures are confined in a cylindrical vessel. The initial conditions are various equivalence ratio and pressure under room temperature. In the case of methane/oxygen mixtures, the predetonation radius varies directly with the cell width. The constant ratio is in the order of 18, slightly different from the classical relation R _c= 20λ. For propane the slope variation of the critical energy versus initial pressure depends on the dilution. We have compared the critical energy obtained by several authors with the theoretical values. Fuel ratio and initial pressure are the chosen parameters. These comparisons show that the formulation allows for the prediction of the critical energy of detonation of uniform mixtures with a good estimation range. The correlation between the different geometries has been deduced and a test has been conducted as well in the case of stoichiometric methane/oxygen and acetylene/oxygen mixtures versus initial pressure for a cylindrical detonation. Received 9 January 1996 / Accepted 24 January 1997     

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。     

凝聚炸药非理想爆轰的数值模拟

本文对凝聚炸药非理想爆轰的数值模拟进行了系统介绍。对敏感、钝感炸药的理想与非理想爆轰的数值模拟方法、宏观反应速率方法及近年发展起来的ＤＳＤ（ＤｅｔｏｎａｔｉｏｎＳｈｏｃｋＤｙｎｔｉｍｉｃｓ）方法和波阵面追踪法,以及对这些方法的适应能力、存在的主要问题进行了分析与讨论。      

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.     

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。