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。     

凝聚相爆轰的几个问题

各种爆炸物的爆轰过程,早在十九世纪末、二十世纪初,已开始研究。首先是气相爆轰,在实验的基础上,陆续提出了相应的理论。凝聚相爆轰的研究,在第二次世界大战期间和以后,有了很大的发展。1960年前凝聚相爆轰的有关问题已有综述。从60年代以来,在凝聚相爆轰的研究方面有较大的进展。许多问题原先在实验上和理论上并未很好研究的,在这段时期取得不少成果,发表了大量的论文、报告,并且先后出版了一些讨论凝聚相爆轰的专著,以及专门学术会议的报告集。凝聚相爆轰这一学科范围包括稳态和非稳态爆轰过程,爆轰参数的理论计算和实验测     

凝聚态炸药爆轰测试技术研究进展

爆轰物理学科仍然是以实验为主的一门科学,爆轰测试技术的不断进步仍然是爆轰物理学科发展的主要推动力.本文在阐述凝聚态炸药爆轰性能主要几个研究方面的基础上,从光学测试技术和电学测试技术两个方面系统介绍了凝聚态炸药爆轰测试技术及其应用.通过对现代爆轰测试技术进展的阐述,分析了凝聚态炸药爆轰测试研究面临的问题,展望了爆轰测试技术的发展前景.      

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。     

爆轰波小拐角绕流的近似解析解

本文中考虑一平面爆轰波的绕射问题,用类似于Lighthill的思想处理了爆轰波在固壁小拐角附近的绕射问题,求得了一个近似解析解,并对解的奇异性进行了分析。 (一)基本运动方程和边界条件 设有一无穷远处起爆的平面爆轰波,在炸药介质中垂直于一平面刚壁运动,此壁在Q点处有一拐角α(向下拐为负),爆轰波运动到此处后,就绕此拐角运动,在平面壁延长线上方仍保持平面波波面运动;下方则是以Q点为爆轰中心的柱面波,它们都以正常爆轰     

光纤探针在爆轰实验中的应用实例

介绍了光纤探针在爆轰实验中的两个应用实例：一是利用光纤探针测量爆轰驱动飞片的速度以及飞片的平面性;二是光纤探针在利用稀疏追赶技术测量强爆轰产物——声速中的应用。表明光纤探针是精确测量上述问题的手段之一。     

基于误差马尾图量化爆轰数值模拟结果的置信度

针对爆轰流体力学数值模拟过程中输入参数的不确定性, 通过抽样技术, 形成确定性爆轰流体力学程序的各种输入和数值求解, 建立输入参数与输出响应量的样本, 再通过概率框架下的误差累积分布函数与马尾图, 给出了爆轰数值模拟过程中输入参数不确定度对模拟结果影响的置信度量化方法。通过一维黎曼问题、平面爆轰问题计算了误差马尾图, 给出了二维爆轰拉氏自适应流体动力学LAD2D程序计算网格与模拟结果置信度的关系, 对多物理爆轰过程发展高置信度数值模拟软件有很好的借鉴作用。     

定常爆轰数值模拟中人为粘性与人为反应率的选取

稳定爆轰波数值模拟时,常引入人工粘性和点火函数,文中讨论了由于加入人工粘性和点火函数引起的爆轰波结构问题,计算了几种爆轰波的结构作为例子。     

多相爆轰与生产安全

多相爆轰或称非均相爆轰一般是指燃料液滴或固体粉尘分散在气态氧化剂中所形成的可燃混合物的爆轰。气-液或气-固可燃系统的爆轰称为双相爆轰,同时含有燃料液滴、固体粉尘与气态氧化剂的可燃系统的爆轰称为三相爆轰,通称为多相爆轰。与凝聚炸药的爆轰相比,多相爆轰具有以下特点: 1.与凝聚炸药的集中爆炸相反,多相系统是分布 ...     

爆轰波推动金属球壳的初始态分析

爆轰波推动金属介质是经常涉及到的工程问题。本文应用极曲线方法,分析了爆轰波作用下金属球壳初始运动状态,依赖于爆轰波速度和爆轰波与金属界面夹角。并与Freund,H.U.等所做的实验结果相比较。同时讨论了单层介质和复合层介质初始态的差异。     

凝聚相爆轰理论的进展

近十年来,在凝聚相炸药爆轰学的研究方面,举行了一系列专题学术讨论会,出版了一些专著,在各种有关学术刊物中发表了大量论文。我国不久前创刊的《爆炸与冲击》杂志迄今已发表有关爆轰及共计算和实验技术的论文约20篇。当前爆轰研究的重点是安全问题。这既是武器研究的需要,也是民用爆破和各种爆炸技术的需要。由热和机械刺激引起炸药的化学反应和爆炸,炸药中冲击波到爆轰的转变,炸药爆燃到爆轰的转变,这三方面的研究占了相当大的比重。      

用于推进的三种爆轰波的结构特征

爆轰发动机研究的关键技术之一是如何将其控制在燃烧室内.根据控制手段的不同,爆轰发动机可大致分为:驻定爆轰发动机、脉冲爆轰发动机和旋转爆轰发动机.存在于燃烧室的爆轰,在宏观和精细结构以及自持机理等方面皆不同于CJ(Chapman Jouget)理论为基础的经典爆轰.本文将对此类无害爆轰的特征结构进行分析、比较与评述,这对了解爆轰理论和研制爆轰发动机是有益的.      

高-低爆速圆板炸药串联爆轰引起平面爆轰波的变凸现象

为分析高-低爆速圆板炸药于空中串联爆轰时平面爆轰波在传播过程中演变成凸面波的现象,分别对平面爆轰波阵面后爆轰产物状态参数的分布、有效药量与柱面装药几何尺寸的关系、爆轰产物的状态方程及强爆轰关系式进行了讨论。并以100 mm50 mm的TNT与RC炸药串联爆轰为例,描述了平面爆轰波演变为凸面爆轰波的过程,预估了爆轰波的平面范围和波形差。预估结果与实验结果基本符合。     

旋转爆轰的三维结构和侧向稀疏波的影响

基于带化学反应的三维Euler方程,采用氢气-空气的9组分19步基元反应简化模型,对圆环形燃 烧室内的旋转爆轰进行了数值模拟,讨论了旋转爆轰波的三维结构及侧向稀疏波对旋转爆轰波阵面的影响。 数值结果表明,爆轰波能够以旋转方式沿预混气层稳定传播。在侧向稀疏波作用下,爆轰波阵面发生变形。 与理想的C-J爆轰相比,爆轰波强度和爆轰参数都有所下降。     

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。     

爆轰波在突扩通道中传播的数值模拟研究

建立了描述甲烷 空气混合物爆轰波传播的单步化学反应爆轰模型 ,通过数值模拟研究了在二维突扩通道中爆轰波的强度变化和各种波行为。结果表明 :爆轰波在进入突扩通道初始阶段的衍射使爆轰波局部向爆燃转变 ;爆炸波在壁面发生马赫反射形成的高温高压区域将直接诱导自持爆轰波的重新形成。     

关于C-J爆轰与定压爆燃的稳定性

本文从不可逆过程热力学的某些原理出发,讨论了平面爆轰波和爆燃波的稳定性问题,证明了只有C-J爆轰和定压爆燃是热力学稳定的。     

石化装置工业尺度管道爆轰传播实验研究

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。     

爆轰波与惰性介质相互作用的迭代收敛计算

爆轰波与惰性介质相互作用的计算。可以用解析解和作图法求解。但在解析解求解中会遇到迭代发散问题。本文利用解反函数的办法进行计算,使迭代过程收敛。文中分别给出反射冲击波和反射稀疏波两种情况的迭代收敛计算公式。公式是按强爆轰的形式给出的,其中包括了C-J爆轰的特殊情况。     

松弛方法在计算凝聚炸药爆轰问题中的应用

利用松弛近似,将非线性的凝聚炸药爆轰控制方程转化为线性的松弛方程组,并采用五阶WENO格式和五阶线性多步显隐格式对线性松弛方程组进行空间方向和时间方向的离散,由此建立具有高精度和高分辨率性质的计算凝聚炸药爆轰的松弛方法。建立的松弛方法可以避免求解Riemann问题及计算非线性通量的Jacobi矩阵,同时无需分裂处理反应源项。通过对凝聚炸药的平面一维定常爆轰波结构及球面一维聚心、散心爆轰起爆和传播过程的数值模拟,验证了所建立的松弛方法能够很好地计算凝聚炸药爆轰问题。