细水雾协同滑动装置对甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响

大量甲烷爆炸事故表明,甲烷/空气预混气体爆炸容易造成大量人员伤亡和巨大财产损失。利用10 cm×10 cm×100 cm透明实验管道,探究了细水雾协同滑动装置对甲烷爆炸特性的影响,并着重分析爆炸火焰和超压。结果表明:协同作用下,细水雾对燃烧区超压的影响较小,对未燃区超压峰值有明显衰减作用,甲烷体积分数为11.5%时衰减幅度最大,为44.71%。细水雾对指形火焰有冲毁作用,可加快火焰传播速度,甲烷体积分数为11.5%时,火焰传播速度的提升幅度最大,为62.50%。滑动装置反向压缩火焰至细水雾作用区,加速火焰焠熄。甲烷体积分数为9.5%和11.5%时,火焰焠熄时间明显下降,分别为20.76%和29.65%;甲烷体积分数为7.5%时,火焰焠熄时间下降3.5 ms。     

强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制

为解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,探索寻找绿色环保且阻火性能优越的新型抑爆剂,开展了当量比下甲烷-空气预混气体爆炸传播过程中的七氟丙烷抑爆效果研究。实验采用长径比L/D=108的水平管道爆炸特性测试系统,研究了在强点火作用下不同体积分数的七氟丙烷对9.5%甲烷-空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和火焰传播速度的影响。实验结果显示:将2.5 m长的管段作为七氟丙烷抑爆区时,七氟丙烷阻断9.5%甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播的最小体积分数为5%;当七氟丙烷的体积分数为1%~4%时,不仅无法阻断爆炸火焰的传播,而且与对照组相比,会使火焰传播速度加快;当七氟丙烷的体积分数为1%~6%时,爆炸源及管道末端处的爆炸压力峰值随着七氟丙烷体积分数的增加而逐渐减小;当七氟丙烷的体积分数为3%时,抑爆区处的爆炸压力峰值与对照组相比增幅为10.9%。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）北大核心CSCD

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

港池环境近水面水下爆炸特性及其毁伤效应

为研究港池环境近水面水下爆炸载荷及其对码头结构的损伤特性,设计了一种典型码头结构,并构建港池环境,运用LS-DYNA程序开展水下爆炸数值模拟研究,对爆炸现象、荷载特性、结构动态响应和能量吸收特性4个方面进行了详细研究,分析了边界、比例爆距等参数的影响规律。结果表明:爆炸气泡脉动主要受到码头结构边界和水面的影响,水底和有限港池内的流体运动对其亦有一定影响;冲击波荷载以比例爆深为中心呈垂向对称分布,气泡脉动荷载主要分布于比例爆深以下位置;结构变形和毁伤主要在冲击波传播阶段形成,气泡脉动和射流的二次毁伤效果较弱;混凝土和沉箱内填土是主要能量吸收部分。     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

甲烷-空气最小点火能量预测理论模型

 最小点火能是可燃气体危险性辨识的重要参数之一。为从理论上得到混合气体的最小点火能,建立了可燃气体火花点火的物理模型,给出了通过数值模拟得到的可燃气体最小点火能量的预测方法,采用该方法得到了甲烷-空气混合气火花点火的临界温度及最小点火能量。结果表明：甲烷-空气混合气的最小点火能量与浓度呈U型关系,浓度为8.5%的预混气的最小点火能量计算值为0.39 mJ,与实验值0.4 mJ吻合较好。     

浅埋三舱管廊甲烷爆炸的地面响应规律

地下综合管廊可燃性气体爆炸事故时有发生,给地面人员的生命和财产造成了巨大损失。依托重庆市某地下综合管廊试点工程,基于物质点法,采用点火增长模型模拟浅埋管廊泄漏甲烷气体爆炸冲击管廊本体结构和围岩的过程,研究爆炸作用下地面压强与位移的响应特性。研究发现:泄爆作用下管廊及围岩会出现因接触面反射和折射产生的次生应力波,管廊横向方向次生波振幅随距起爆点水平距离的增大而增大,而管廊纵向方向产生的次生波振幅较小,且随距离增大变化较小;爆炸作用造成整体地面沉降,但在起爆点中心附近地面隆起,这种隆起由管廊本体结构破裂,气体直接冲击岩土体形成的剧烈隆起和管廊整体震动形成的轻微隆起两部分组成。     

瓦斯/煤尘爆炸初期复合火焰加速及灾害强化机制分析

为了探明瓦斯/煤尘耦合爆炸灾害强化的产生机制,采用20 L球、高速纹影和PIV对瓦斯/煤尘爆炸初期复合火焰加速特性、压力变化进行了实验研究,并对其爆炸瞬间的流场特征进行了分析。结果表明:相比甲烷/空气爆炸,同一甲烷浓度下,瓦斯/煤尘爆炸初期火焰传播速度稍有降低,焰胞状结构减少,火焰上浮现象几乎消失;马克斯坦长度随甲烷浓度的增大而减小且均为正值,表明爆炸初期复合火焰发展趋于稳定,有利于煤尘粒子参与燃烧反应。甲烷浓度接近最佳当量浓度、煤尘粒径越小或煤尘质量浓度增加接近最佳浓度时能诱发复合火焰加速,导致爆炸威力增强。低浓度瓦斯/煤尘复合体系对煤尘质量浓度的提高更敏感,而随着煤尘浓度的增大,甲烷浓度对瓦斯/煤尘复合体系的影响逐渐降低。初始爆炸强度对瓦斯/煤尘复合体系有重要影响。9%瓦斯/煤尘爆炸体系由于初始爆炸强度高,复合火焰中心负压使多数煤尘粒子做向心运动,火焰前锋周围聚集了大量煤尘粒子,同时在火焰前锋周围形成的大量方向相反的大涡量旋涡,促进了煤尘表面与氧气的快速接触,加剧了燃烧反应。研究结果将为瓦斯/煤尘耦合爆炸灾害防治提供指导。     

二甲醚、甲烷及二甲醚/甲烷混合物的爆炸极限实验研究

本文对二甲醚、甲烷及不同体积比例下二甲醚和甲烷混合物,在室温至80℃温度区间、绝对压力区间0.1～0.3MPa的爆炸极限进行了实验研究.并通过实验数据分析了温度、压力对可燃性气体爆炸极限的影响,同时通过实验测量数据验证了几种常用爆炸极限推算方法的准确性.     

氢氧爆轰波在激波管中的成长机制研究

 针对气相爆轰波成长机制研究,采用压力传感器和高速摄影技术,测试了氢氧混合气体在点火后的火焰波、前驱冲击波以及爆轰波的成长变化过程,计算了冲击波过程参数和气体状态参数,分析了火焰加速机制。实验结果表明,APX-RS型高速摄影系统可用于拍摄气相爆轰波的成长历程;氢氧爆轰波的产生是由于湍流火焰和冲击波的相互正反馈作用,导致反应区内多处发生局部爆炸,爆炸波与冲击波相互耦合,最终成长为定常爆轰波。     

核爆氘-氘聚变能电站——聚变能和平利用的一种可能的途径

简要地分析了利用核爆氘 氘聚变能发电的可行性及优点， 按10 kt TNT核爆氘 氘聚变的规模， 估算了热载体钠的储能作用及用量， 核爆冲击波对爆室壁的作用强度及爆室壁的承受能力。     

Effect of the Al/O ratio on the Al reaction of aluminized RDX-based explosives

Aluminum(Al) powders are used in composite explosives as a typical reducing agent for improving explosion performance. To understand energy release of aluminum in aluminized RDX-based explosives, a series of thermal measurements and underwater explosion(UNDEX) experiments were conducted. Lithium fluoride(LiF) was added in RDX-based explosives, as a replacement of aluminum, and used in constant temperature calorimeter experiments and UNDEXs. The influence of aluminum powder on explosion heat(Qv) was measured. A rich supply of data about aluminum energy release rate was gained. There are other oxides(CO_2, CO, and H_2O) in detonation products besides alumina when the content of RDX is maintained at the same levels. Aluminum cannot fully combine with oxygen in the detonation products. To study the relationship between the explosive formulation and energy release, pressure and impulse signals in underwater experiments were recorded and analyzed after charges were initiated underwater. The shock wave energy(Esk), bubble energy(Eb), and total energy(Et) monotony increase with the Al/O ratio, while the growth rates of the shock wave energy,bubble energy, and total energy become slow.     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究

 通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH₂敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明：与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH₂敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH₂储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH₂在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH₂在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。     

Flame acceleration and transition to detonation: Effects of a composition gradient in a mixture of methane and air

The effects of a composition gradient on flame acceleration and transition to detonation in a mixture of methane and air were studied by numerically solving the unsteady, fully compressible, reactive Navier–Stokes equations. The specific problem addressed here is for ignition in a two-dimensional, obstructed channel where there is a spatial gradient of equivalence ratios perpendicular to the propagation direction of the reaction wave. The solution method uses a calibrated, optimized chemical-diffusive model that reproduces correct flame and detonation properties for methane–air mixtures over a range of equivalence ratios. Comparisons were made to a stoichiometric, homogeneous mixture in order to focus on the worst-case scenario for safety concerns. The results showed that the flame speed is smaller and the average total heat release are lower, but the maximum flame surface area is larger in the inhomogeneous mixture. This is because there is more unburned material between obstacles but less energy released from this increased flame surface area in the fuel-lean region, leading to the reduction of the total heat release. The transition to detonation is delayed in the inhomogeneous mixture, because the hot spot forms in the fuel-lean region and the strength of the Mach stem that hits the obstacle is weaker. The detonation front tends to decouple into a shock and a flame earlier in the inhomogeneous mixture, due to the incomplete mixing throughout the entire domain during the detonation propagation process.     

不同水底介质对有限域中装药沉底爆炸特性的影响

通过开展装药沉底爆炸原理性实验研究,得到了不同水底条件对装药沉底爆炸气泡运动和冲击波压力的影响规律:沉底装药水下爆炸气泡通常呈半球形,依附在水底并同时急剧膨胀达到最大半径,随后气泡做收缩运动并连带水底介质颗粒迅速上浮,同时形状发生显著变化,如在石底和泥底时气泡在水底射流的作用下呈蘑菇状上浮,砂底时气泡则呈现出柱状上浮、未出现明显脉动运动即已坍塌破裂;沉底爆炸与水底介质发生强烈耦合作用而形成不同程度的反射波,通常水下石底的反射冲击波较泥底和砂底更强烈,且一般迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力;不同水底介质条件下,装药与水底发生的强烈耦合作用均对水底造成强冲击破坏。     

炸药水下爆炸能量输出特性试验研究

为了解炸药水中爆炸能量的输出特性,特别是冲击波能随距离的衰减规律,对有效比冲能进行了研究。经过理论推导发现,传统的有效比冲能计算公式仍然满足相似律。TNT炸药水下爆炸试验结果表明,炸药的有效比冲能、比气泡能和总能量的测量结果与经验公式计算结果吻合较好。通过对试验结果进行分析,拟合得到了有效比冲能随距离变化的趋势线。对比经验公式结果,发现在小药量试验中冲击波能随距离的衰减更明显。     

核爆聚变电站发电时的冲击波超压传播规律

 核爆聚变电站在发电时会产生冲击波,其超压传播规律是核爆聚变电站洞壁设计的重要基础。现有公式在描述冲击波峰值超压时存在一定的不足（如相对误差大等）。通过理论分析得到新的冲击波峰值超压公式、正压作用时间τ₊和冲击波传播系数ω,最终得到冲击波超压的传播规律。通过对比分析表明,新公式比现有公式更加适合求解核爆聚变电站发电时所产生的冲击波峰值超压。