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.     

不同角度分叉管道内氢气-空气爆轰传播特性

在3种角度分叉管道内开展化学计量比氢气-空气爆轰实验,采用自制的火焰传感器和烟迹法分别获得了爆轰波传播速度和胞格结构,探究了不同角度管道分叉对爆轰传播的影响。结果表明:氢气-空气爆轰在经过分叉三通时受分叉口稀疏波影响导致爆轰波衰减解耦,但随着入射激波与下游管道壁面碰撞,逐渐由规则反射向马赫反射转变,最终完成重起爆过程。其中,直通支管内爆轰衰减主要受支管入口面积的影响,随着分叉角度增大,入口面积减小,爆轰衰减程度和重起爆距离也随之减小;而分叉支管内,爆轰衰减受支管入口面积与入口渐扩程度共同影响,但随着分叉角度的增大,入口面积变为主要影响因素。不同角度分叉管内的实验结果均表明,初始压力升高能显著提高爆轰稳定性,从而削弱分叉几何结构的影响。     

HMX粒度与爆轰波传播性能的关系研究

采用楔形装药,用临界截面厚度来表征爆轰波传播特性,分别对两种密度条件下HMX粒度对其自身和以HMX为主体的混合炸药HMX/F2641（wHMX/wF2641=95∶5）爆轰波传播性能的影响作了实验研究。结果表明:HMX粒度对爆轰波传播特性有显著的影响,随着HMX粒度的减小,临界截面厚度变小,即爆轰波传播性能增强;同一HMX粒度下, HMX/F2641爆轰波传播性能优于HMX;装药密度的增加有利于爆轰波传递。     

拐角角度对爆轰波拐角效应的影响

利用高速摄影技术研究了拐角角度分别为６０、９０、１２０情况下注装ＴＮＴ中爆轰波的拐角绕射现象。结果表明,拐角距离和死区面积随拐角角度的变化而变化。拐角为６０时没有明显的爆轰波滞后现象;随着拐角角度的增大,拐角距离减小;拐角为１２０时,有死区（ 未爆区） 存在。     

H_2—O_2爆轰时Ar浓度对产生胞格结构的影响

作者在方形爆轰管中进行了H_2—O_2—Ar系统的实验研究。在由Ar稀释的H_2—O_2混合物的爆轰实验中得到了规则的胞格结构图案。也得到了胞格形成的临界曲线,并与爆炸极限曲线进行了对照,两者的趋势是一致的。另外,测量了从点火处到胞格形成处之间的距离及胞格区的长度。最后分析了氩Ar浓度对H_2—O_2爆轰的抑制作用。     

C_2H_2分解爆轰的实验研究

在长30m,公称直径(Dg)分别为50、65、80和100mm的管道内,进行了C_2H_2分解爆轰实验。用O_2—C_2H_2爆轰波引爆C_2H_2,测量了管道内的爆轰压力,及在管道端面上的反射压力。与以前认为在管径500mm管道内不会出现自持的C_2H_2分解爆轰的意见相反,在这样的管道内也发生了C_2H_2分解炸轰。在管端测到了1700kg/cm~2的异常高压,并对数次异常高压的破坏威力作了记录。     

HMX/TNT炸药爆速与曲率及组分关系实验研究

为了确定爆轰波法向速度Dn与当地曲率κ的定量关系,用光电联合测试法研究质量配比分别为60/40、50/50及40/60时HMX/TNT炸药的Dn-κ关系.结果表明,爆轰波延滞距离z随TNT含量的增加而增大;爆轰波延滞距离z随著炸药密度P的增大而减小;随着TNT的含量增加,Dn-κ曲线的斜率逐渐增大,且斜率增大的速率为正...     

固态燃料小型FAE装置空中爆炸场效应分析

通过一次引爆固态复合粉尘燃料小型FAE装置与等质量TNT在自由空间的爆炸对比实验,获得了不同距离的峰值超压值,并运用粉尘爆炸下极限浓度对云雾爆轰区半径进行了估算。结果表明,固态燃料小型FAE装置空爆峰值超压分布规律不同于TNT,云雾爆轰区内的峰值超压不呈现单调减的特征,而是在有限范围内呈现波动趋势;云雾爆轰区外的峰值超压随距离增大迅速衰减,但固态燃料小型FAE装置的峰值超压大于相同距离处等质量的TNT。高速摄影观测结果显示,固态燃料小型FAE装置爆炸的化学反应持续时间大于等质量TNT。     

铝粉－空气混合物燃烧转爆轰（DDT）过程的实验研究

在水平粉尘爆轰管上分别对２μｍ、５μｍ和１３μｍ三种粒径的铝粉－空气混合物进行了弱点火条件下燃烧转爆轰的实验研究。实验分别考察了粉尘浓度、颗粒尺度及扬尘方法等因素对爆轰特性（如爆轰速度、最大压力等）的影响。结果表明，２μｍ球形铝粉最大爆轰压力达７．８ＭＰａ、稳态爆速达１．９５ｋｍ／ｓ；５μｍ铝粉亦有爆轰特征，但状态较弱；１３μｍ的铝粉达不到爆轰。混合物的浓度对爆轰参数有影响，并存在最优浓度，在此浓度下，爆轰参数取得最大值，而且最优浓度的值随粉尘颗粒直径增加而增大。扬尘方法对爆轰特性有影响，预混粉尘与激波卷扬粉尘对比实验表明，其压力与速度的典型差别分别高达３００％与７４％。     

液体燃料云雾爆轰参数实验

为深入了解液体燃料云雾爆轰机理,借助自行设计和建造的立式爆轰管,并采用升降法和烟迹技 术,对环氧丙烷等液体燃料云雾爆轰参数(爆速、爆压、临界起爆能和爆轰胞格尺寸)与当量比的关系进行了实 验研究。结果表明,环氧丙烷的爆速和爆压随当量比的增加先增大后平缓减小;碳氢液体燃料云雾爆轰的临 界起爆能与当量比呈U型关系,最佳值点偏向富燃料一侧;临界起爆能的大小与燃料的分子结构和挥发性 有密切关系,IPN和PO 临界起爆能相当,而烷烃类临界起爆能均较大。环氧丙烷在25和50 ℃时的爆轰胞 格宽度与当量比皆呈U型关系,最小值点偏向富燃料一侧;气相爆轰胞格宽度比云雾爆轰略小。常温下环 氧丙烷云雾爆轰主要由气相反应所控制。     

边界条件对甲烷预混气爆轰特性的影响

通过实验研究及数字化处理研究了边界条件对CH₄预混气体爆轰特性的影响。在内径为63.5、50.8 mm圆柱形管道及长方体管道进行爆轰实验,得到胞格结构和爆轰速度曲线。烟膜数字化处理量化了预混气体的爆轰不稳定性,并计算出胞格尺寸。3种管道内测得的平均爆轰速度与CJ速度接近,边界条件的影响不明显。分析爆轰速度曲线发现,极限压力受到边界条件的影响,?50.8和?63.5 mm管道内预混气的极限压力分别为5和4.05 kPa,即随着管径增大,爆轰极限压力降低。数字化处理所得不同管道内烟膜轨迹的不规则程度无明显差别,因此可以认为不稳定性是预混气固有的性质。在相同爆轰初始压力下,管径增大,胞格数量变多,表明爆轰传播时爆轰螺旋头数增多以维持传播。     

高浓度氩气稀释气体爆轰波临界管径和临界间距关系

建立圆管及环形管道系统研究临近极限下爆轰波在管道内传播失效机理。选用C₂H₂+2.5O₂+70%Ar气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内传播速度,用烟迹法记录管道内爆轰波胞格结构。结果表明:初始压力远大于爆轰极限压力时,爆轰波在管道内以稳定速度传播;随着初始压力的减小,爆轰波速度逐渐降低;当初始压力一定时,爆轰波速度随着管道尺寸的减小而逐渐减小;当初始压力达到临界压力时,爆轰波在进入到管道内后其速度会逐渐衰减直至爆轰波完全失效。对于不同几何尺寸的圆管与环管,通过引入无量纲参数d/λ及w /λ(d为圆管管径,w为环管间距,λ为爆轰胞格尺寸)得出,爆轰波在管道内传播的临界圆管直径为环形间距的2倍,与理论模型结果相吻合,验证了稳态气体基于爆轰波波面曲率的失效机理。     

A study on jet initiation of detonation using multiple tubes

A detonator consisting of a dense bundle of small-diameter tubes (4.4–19 mm) is tested experimentally using stoichiometric mixtures of hydrogen–oxygen and hydrogen–air. Tests are conducted in a 5,200-mm long detonation tube fitted with a schlieren photograph section and smoked foil to record the deflagration to detonation (DDT) transition. It is confirmed that the flame jet emanating from the tube assembly causes detonation initiation immediately downstream of the detonator, with little dependence on the size of the detonation tube. For the fuel–air mixture, the insertion of Shchelkin spirals into each of the smaller tubes enhances the development of the turbulent flame jet, leading to a shorter DDT distance. Multi-point spark ignition is also shown to provide a further reduction in the DDT distance compared to single-point ignition. PACS 47.40.-x; 47.40.Nm; 47.70.Fw; 82.40.-g; 82.40.Fp     

仿虾螯结构薄壁管设计及耐撞性分析

为提高薄壁管的耐撞性能，以虾螯为生物原型，通过结构仿生原理设计了仿虾螯结构多晶胞薄壁管。以晶胞数（2～6）和冲击角度（0°、10°、20°、30°）为试验因素，利用有限元法分析了仿虾螯结构多晶胞薄壁管在不同冲击角度下的耐撞性能，通过落锤试验验证了仿真结果的可靠性。结果表明:2晶胞仿生管在轴向和斜向载荷下的耐撞性最优。同工况条件下，减少晶胞数可降低仿生管峰值载荷。斜向冲击载荷下，仿生管保持稳定叠缩变形模式的时间随晶胞数的增加而缩短，其耐撞性能随晶胞数的增加而降低。虾螯结构特征与普通圆管的结合有效提高了仿虾螯结构多晶胞薄壁管的耐撞性能。     

爆速对爆炸焊接铝/不锈钢复合管界面及结合性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例的密度调节剂,配制了爆速范围为1 450~2 550 m/s的低爆速炸药;采用该爆速炸药进行了铝/不锈钢复合管爆炸焊接实验,结合最小碰撞速度理论,对实验结果及其界面微观结构和结合强度进行了测试和分析,确定该复合管爆炸焊接的合适爆速约为1 950~2 150 m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;同时发现界面由介于直线与波形之间的波状形态组成,且呈现不太规则的扁平波状结合,经分析,炸药爆速、复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件对界面结合波形及熔化层厚度有很大影响。     

金属圆管内爆轰波相互作用效应的数值模拟研究

采用动力学有限元程序,针对大变形带来的网格扭曲造成计算的锁死现象进行了ALE技术处理,结合高速摄影和X光照相实验结果,对金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行数值模拟,给出了爆轰波对碰作用下金属圆管运动计算结果,复现了金属圆管对碰区鼓包现象,计算结果与实验吻合较好。可以预见,基于该方法能够初步分析影响金属圆管运动规律的诸多因素。     

氢气/丙烷/空气预混气体爆轰性能的实验研究

通过采用压力传感器和烟灰板两种测试设备,开展了常温常压下氢气/丙烷和空气混合气体爆轰性能的实验研究。实验过程中观察到自持爆轰波,爆轰速度比值在0.99~1之间,爆轰压力比值在0.8~1.2之间。爆轰胞格尺寸在10~50 mm范围内,建立了爆轰胞格尺寸和化学诱导长度的关系式。随着丙烷不断添加,爆轰速度减小,而爆轰压力和胞格尺寸增加。这种变化趋势起初较快,而后变缓。因为起初氢气摩尔分数较大,混合气体趋向于氢气/空气的爆轰性能;而后因丙烷摩尔质量较大,丙烷逐渐起主要作用,混合气体表现出丙烷/空气的爆轰性能。     

内装药管运动特性的理论计算

在圆管与圆管的爆炸复合研究中,需要对管的动态参数做定量的估计。本文从工程应用角度出发,将管看成由一系列微圆环组成,给出微圆环在爆炸作用下的运动规律,用准一维流模型给出管中爆轰产物流动方程,并考虑管材强度及管间空气阻力影响,建立了内装药管动态参数理论计算方法。用这种方法过几种材料进行了计算,其结果与实测结果符合良好。本文建立的方法对工程上的实际应用有参考价值。