“爆炸气体动力学”课程混合式教学实践

为了提高“爆炸气体动力学”课程教学效率,文章首先阐述了混合式教学的核心内涵,然后论述了“爆炸气体动力学”课程混合式教学实践过程,最后对“爆炸气体动力学”课程混合式教学实践进行了反思。

阴极爆炸发射电子电离气体原初过程的动力学模拟

基于阴极爆炸发射电子和电子对气体的碰撞电离模型 ,用胞中粒子 (PIC)模拟方法对单间隙冷阴极气体放电过程中阴极爆炸发射产生的电子和电子碰撞电离产生质子的动力学特性进行了研究。分别给出了在 1.33× 10 - 2 Pa氢气压和 10kV间隙电压下 ,气体放电过程中电子和质子的空间和相空间分布、速度统计分布以及轴线上电荷密度分布 ,分析了阴极爆炸发射电子电离过程。模拟结果表明 ,间隙中电子的最大速度达 5 .8× 10 7m/s ,而只有少数的气体电离产生的质子最大速度达到 1.3× 10 6 m/s。

中外土木工程专业爆炸动力学课程比较研究

爆炸动力学课程是高校土木、力学等专业课程的重要组成部分,内容涉及爆炸的发生和发展规律,爆炸波在介质中的传播及引起介质和结构的变形、破坏、抛掷和振动等力学效应,以及如何防护爆炸,等等。文章主要介绍了爆炸动力学课程的发展情况,以同济大学、广州大学、北京理工大学、中国科学技术大学等国内高校,以及加州大学伯克利分校、伊利诺伊大学香槟分校等国外高校为例,通过对课程设置、课程要求和课程内容讨论和研究发现,不同学校的课程设置与其人才培养模式和对爆炸动力学的重视程度有关,最后根据研究结果,提出适合中国国情的教学改革方案。

多元混合气体对CH_(4)爆炸影响的反应动力学模拟

为深入研究多元混合气体对CH_(4)爆炸的影响和作用机理,选取C_(2)H_(6),C_(2)H_(4),CO,H_(2)典型可燃气体,采用CHEMKIN软件构建零维封闭均相反应器模型,研究其对CH_(4)爆炸反应过程的影响,模拟分析以CO为主导的混合气体对CH_(4)最大爆炸压力、最大爆炸温度和爆炸过程中关键自由基(H,O,OH)的影响,同时对H+OH自由基最大体积分数变化规律进行分析,并与理论当量状态下各单一气体对CH_(4)爆炸过程的影响规律作对比。结果表明:混合气体的添加对CH_(4)最大爆炸压力和最大爆炸温度有明显促进作用;爆炸过程中H自由基最大体积分数持续增加,O和OH自由基最大体积分数变化与CH_(4)体积分数有关;多元混合气体对CH_(4)的最大爆炸压力和最大爆炸温度影响与单一H2或CO对其影响规律相似,对关键自由基(H,O,OH)的影响规律与CO更为接近。通过敏感性分析获得了影响CH_(4)爆炸过程的关键反应。

封闭空间瓦斯爆炸与抑制机理的反应动力学模拟

通过修改化学动力学计算软件CHEMKINⅢ中的SENKIN程序包,建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。利用此模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、活化中心浓度、爆炸后部分致灾性气体浓度的变化趋势进行了详细分析;通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步,同时,对水抑制瓦斯爆炸及爆炸后致灾性气体生成的机理进行了分析。结果表明,当混合气中不含水时,瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2700 K、0.22 MPa左右;当混合气中含10%水时,温度、压力将分别降低到2580 K、0.21 MPa;而当混合气中含15%水时,与混合气中不含水相比,温度、压力分别降低了180 K、0.025 MPa;同时,混合气中的水对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO2、NO2的生成起抑制作用。

定容燃烧弹中瓦斯爆炸的反应动力学模拟

通过修改化学动力学计算软件CHEMKIN.Ⅲ中的SENKIN程序包,采用详细化学反应机理建立定容燃烧弹中瓦斯爆炸的计算模型.利用此模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、活化中心浓度和爆炸后部分致灾性气体浓度的变化趋势进行分析.同时,分析瓦斯中甲烷体积分数对瓦斯爆炸动力学特性的影响,通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出影响瓦斯爆炸及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应.结果表明,当瓦斯中甲烷体积分数为7%时,瓦斯爆炸后温度、压力分别为2 700.K和0.22.MPa,同时随着瓦斯中甲烷体积分数增加,瓦斯爆炸后温度、压力及CO体积分数升高.通过分析,得到促进瓦斯爆炸的主要反应,促进CO、CO2和NO2生成的关键反应.

C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究

为研究C2H6/C3H8对甲烷爆炸极限参数及动力学特性的影响,采用标准的可燃气体爆炸极限测定装置测定了不同配比的C2H6/C3H8混合气体对甲烷爆炸极限的影响规律,同时得出了氮气惰化条件下甲烷爆炸临界参数的变化规律。此外,利用Chemkin软件模拟了C2H6/C3H8混合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情况,并进行了敏感性分析。结果表明,C2H6/C3H8的存在降低了甲烷的爆炸上下限,增大了甲烷的爆炸危险度;在氮气惰化过程中甲烷的爆炸上限下降,爆炸下限上升,最终爆炸上下限重合,重合点处甲烷浓度和氮气临界浓度均随C2H6/C3H8的添加而逐渐减小;此外,C2H6/C3H8混合气体使甲烷爆炸过程中CO和·H的生成量逐渐增大,而CO2、·O和·OH的生成量则有下降趋势,通过对爆炸过程中甲烷体积的敏感性分析,发现C2H6/C3H8的存在在某种程度上促进了甲烷爆炸。对比不同配比的C2H6/C3H8混合气体,发现C3H8含量越高,其对甲烷爆炸过程中相关参数的影响越大,这可为工矿企业的安全生产提供一定的理论依据。

面向“00后”的气体动力学教学方法研究

“00后”作为新时代大学生的主体是在互联网技术飞速发展的环境下成长的。互联网技术给人类的生产生活带来了翻天覆地的变化。信息获取的便捷化使新一代大学生对新兴事物兴趣浓厚,且习惯于碎片化的信息汲取,存在对于需要潜心学习与探索的课程无法坚持的问题。气体动力学是航空航天领域的重要理论基础,新时代大学生对于气体动力学的学习与认知极大程度上影响着我国航空航天事业的发展与壮大。然而,“气体动力学”是一门理论性极强,公式繁杂的课程,针对以上问题,着重探索了适合“00后”大学生的气体动力学教学方式,并通过教学实践验证了教学内容的有效性与实用性,最后对气体动力学进行了课程思政的探索。

冲击动力学课程体系建设和教学内容改革

冲击动力学是一个比较新的力学分支学科,在国内外尚无系统、成熟的教学体系可供借鉴。几年来,我们小组在自身教学实践中对领域的课程设置,教学建设,教学内容,形式和方法,研究生培养等各方而进行了大胆探索和改革。

关于化工类专业开设统计热力学课程的实践与探索

统计热力学是将物质微粒的微观性质与热力学体系的宏观性质相联系的桥梁,是分子热力学及动力学与经典热力学及动力学之间的桥梁,是揭示物理化学现象及规律本质的重要工具。近年来,随着计算机应用的发展,随着化工过程的多样化、大型化、自控化,促使化学、化工学科的发展,统计热力学方法在化学、化工方面的理论及实践方面的应用越来越普遍。对于化工类本科毕业生的统计热力学知识要求不断有所提高。使得统计热力学在化工类专业的化学教育中的地位越来越重要。 自七十年代以来,为了提高化工类本科物理化学教学水平,在国家教委工科化学指导委员会的倡导下。

废金属破碎机内可燃气体爆炸的数值模拟

利用计算流体动力学软件Fluent,对废金属破碎机内可燃气体的爆炸过程进行了数值模拟,研究了不同初始温度和压力条件下甲烷气体爆炸的温度、压力发展情况。结果表明:随着爆炸过程中初始温度的增加,爆炸温度略有上升,但增幅小于初始温度增幅,爆炸压力则出现明显下降;随着初始压力增加,爆炸温度变化不大,爆炸压力和压力上升速率则出现明显上升,且爆炸压力和初始压力近似成线性关系。

氢氧混合气体的爆炸是热爆炸吗

氢氧混合气体的爆炸是热爆炸吗四川省垫江县教委教研室（６４８３００）赵克俭为什么纯净的氢气能在空气或纯净的氧气中安静地燃烧，而点燃它们的混合气体却发生爆炸呢？九年义务教育三年制初级中学化学教材（简称九义教材）对之作了分析·笔者认为九义教材对氢、氧混合气...

受限空间内天然气爆炸反应过程模拟分析

为定量研究受限空间内天然气爆炸反应动力学特征,开展了3个方面的研究工作,①建立了基于激波管的天然气爆炸过程数值分析模型;②将天然气气相燃烧动力学反应分解为53种反应组分、325种基元反应,给出了朗金一雨贡尼关系式和正激波的压强比、密度比和温度比计算方法;③利用化学反应模拟软件CHEMKIN构建天然气燃烧过程机理文件,对激波诱导受限空间内天然气混气爆炸过程进行数值模拟,讨论了反应过程、初始压力和空间尺寸对天然气爆炸过程的影响,并绘制了天然气爆炸温度、压力变化特征曲线。结果表明:采用入射激波模拟混气引爆过程中体系温度会出现跳跃式上升随之向下扰动;混气被引爆后温度逐步提高,在温度达到峰值时压力随之提高;提高初始压力将缩短混气引爆时间,高的初始压力可以得到更为迅速的反应速度和更高的爆炸压力;空间尺寸对散热作用的影响高于其对活性基团消毁作用的影响,小尺寸空间条件下可以获得更迅速的爆炸升压速度。

C_2H_4-O_2混合气体直接起爆的临界能量

主要基于化学动力学和Ng模型,对C2H4-O2混合气体的爆轰胞格尺寸进行预测;结合Lee表面积能量模型,预测物质在不同初始压力和化学当量比的条件下,直接起爆引起球面爆轰的临界起爆能量。直接起爆实验主要采用高压电点火提供起爆能量,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。结果表明,理论预测与实验值较吻合。首先,通过化学动力学计算得出ZND模型的爆轰参数,利用Ng模型得出爆轰胞格尺寸与ZND诱导区长度之间的比例因数A在不同初始压力与当量比的条件下分别为:A=43.815(1+p1/p0)-0.123 71和A=8.531exp(φ/3.135)+28.644,在此基础上对爆轰胞格尺寸进行定量预测。胞格尺寸的理论预测与实验结果吻合。其次,把爆轰胞格尺寸作为中间特征参数并结合Lee的表面积能量模型,提出可以预测临界起爆能量的定量模型,并得出C2H4-O2混合气体直接起爆的临界起爆能量与初始压力和化学当量比的参量拟合关系分别为Ec=0.332(p1/p0)-2.017和Ec=exp[3.951(φ-1.401)2-1.9]。

封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析

为了获取瓦斯爆炸过程中反应动力学参数,通过修改化学动力学计算软件CHEMKINIII中的SENKIN程序包,采用甲烷燃烧的化学动力学详细反应机理(包括16种组分、41个反应),建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型.利用该模型对瓦斯爆炸过程中温度、压力及反应物浓度的变化趋势进行了模拟分析,同时通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步.结果表明:瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2800K,0.24MPa左右;促进瓦斯爆炸的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+HO2=CH3+H2O2;促进CO与CO2生成的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+O2=CH3+HO2,CH4+HO2=CH3+H2O2,CH3+HO2=CH3O+OH,H+O2=OH+O.

郭永怀——中国卓越的力学家

郭永怀是我国卓越的力学家、应用数学家,他是我国近代力学事业的组织者和奠基人,也是我国核武器研制单位的主要技术领导人之一。他在发展我国的国防事业方面,在发展空气动力学、气体动力学、爆轰学以及新兴的力学科学方面,在培养科技后继人才方面都作出了杰出贡献。1968年底,郭永怀从西北核试验基地返京时,因飞机失事不幸遇难,被授与烈士称号。郭永怀虽然只走过了59年的生活道路,但他的为国际所公认的科学成就,严谨认真的治学态度,朴实正直的思想品德。

氢气与空气混合气爆炸实验的改进

如果可燃性气体中混入空气，点燃时极容易产生爆炸。人教版九年级《化学》上册（义务教育课程标准实验教科书）第66页设计了氢气与空气混合气的爆炸实验，该实验有时容易失败，而且老师们在做此实验时总是心有余悸。笔者将此实验进行了改进，取得了很好的效果。具体内容如下：

氢气与氧气混合爆炸实验安全简便的研究

当今城乡居民家庭炊事使用燃气作燃料的比例逐渐提高。各地家庭因使用燃气不当而发生爆炸的事故时常出现，而现行的九年制义务教育化学课程（上教版）中，缺少氢气与氧气混合爆炸的实验。笔者认为，化学教学应该加强对学生进行燃气安全教育，增加氢气与氧气混合气体爆炸的演示实验很有必要。

预裂爆破轴向不耦合系数的分析计算

以爆炸气体动力学和岩石力学理论为基础 ,分析预裂爆破轴向不耦合装药的作用原理和成缝机理 ,得出了轴向不耦合系数在不同条件下的取值范围 ,计算值与现场实际工程十分接近 。

近场空爆载荷作用下船体板变形估算方法

鉴于目前我国舰船空中爆炸结构响应试验数据的匮乏以及对复杂结构采用理论求得解析解的困难,对船体板结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏估算方法进行研究.根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷的形式及其正压作用时间,应用应力波及塑性动力学理论推导船体板结构的变形,得到不同空爆工况下船体板的破口大小及挠度.通过算例进行验证,计算结果与经验值良好吻合.所推导的估算方法应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下产生的毁伤能够满足工程计算精度要求,可作为舰船防护结构的设计依据.