TNT和温压炸药的爆炸火球表面温度对比试验研究

使用红外热成像仪记录了TNT和温压炸药爆炸后的火球表面温度场,得到了2种炸药的爆炸火球表面最高温度、持续时间、火球尺寸和火球温度变化速率等参数,并对温压炸药后燃烧对火球温度的影响进行了分析。结果表明,温压炸药爆炸火球的不同时刻最高温度和持续时间都大于TNT,温压炸药火球体积较大,且更为扁平,温压炸药和TNT爆炸火球的温度变化速率曲线分别呈"V"和"L"型,强烈的后燃烧使得温压炸药爆炸火球温度衰减较慢,持续时间较长。

M1近似应用于强爆炸火球辐射输运数值模拟

推导了P1近似、Minerbo近似和M1近似模型中Eddington因子和辐射输运方程的最大特征值随各向异性因子的变化关系。采用M1近似模型对1kt TNT当量的强爆炸火球的辐射输运过程进行了数值模拟,给出了火球阵面和冲击波阵面走时,并与已有计算结果进行了比较。结果表明:辐射扩张阶段M1近似下得到的辐射波波速快于P1近似下的计算结果,落后于Minerbo近似下的计算结果,而在冲击波扩张阶段三者计算结果又趋于一致。

低空核爆炸火球可压缩上升阶段的数值研究

利用数值计算的方法研究了核爆炸火球及其周围流场在可压缩上升阶段的演变过程。计算结果表明,火球在上升过程中压力和密度的分布发生变化,火球上部的压力增大而下部压力减小;初始时刻位于火球中部的低密度区域向上部移动,同时火球上部和两侧的密度梯度增大,而下部的密度梯度减小,密度云图的计算结果与实验的阴影图吻合得较好。

台湾桃园一硝化厂爆炸火球冲天

2013年8月6日23时许，台湾省桃园县一硝化厂发出冲天火球，厂区内硝酸铵储槽不明原因起火爆炸，由于邻近桃园国际机场，桃园县政府消防局彻夜抢救，未造成人员受困伤亡。

核爆炸火球

核爆炸时在爆点周围形成的高温高压发光气团。火球以光和热的形式向外辐射能量．即光辐射。不同的核爆炸方式其火球外观景象有所不同。高空核爆炸时．火球的尺度、发展和上升速度都比空中爆炸时大得多，由于火球上部发展速度大于下部．使火球呈倒三角形。爆高大于80千米的核爆炸．形成火球中心与爆心脱离的饼状火球：空中核爆炸的火球前期呈球形，后期则变为馒头状；地面核爆炸火球一开始便呈半球形．颜色比空中爆炸的火球暗．并逐渐上升．最后形成烟云。

不同装药形态铝粉对装药爆炸能量释放特性的影响研究

为探究不同装药形态铝粉对装药爆炸能量释放特性的影响,设计并制备了一种外层含铝炸药内层高能炸药的复合装药,通过静爆试验获取了试样爆炸场压力和温度等特征参数,并拍摄试样爆炸火球的演变过程。试验结果表明:相对于常规高能炸药和铝粉均匀分布的含铝炸药,外层含铝炸药内层高能炸药的复合装药有利于增大火球半径,延长火球持续时间;其近场超压峰值略低,在中远距离处冲击波效应得到增强,但因为铝粉后燃反应速率相对较低,增益不明显;通过改变装药结构、改变铝粉分布状态可以调控爆炸能量释放,但外层含铝炸药并没有发生粉尘爆炸,主要以燃烧的形式释能。

不同高度强爆炸早期火球数值研究

为评估强爆炸的毁伤效应,采用一维球对称辐射流体力学方程组,数值研究了不同高度强爆炸早期火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程,对计算结果进行了相似律分析。结果表明:随爆炸高度增加,火球阵面、弹壳冲击波扩张速度加快,火球扩张过渡阶段开始结束位置及持续范围增加,火球中心温度下降加快,辐射能量降低过程变慢;在火球阵面以冲击波扩张传播以后,火球阵面参量基本满足爆炸相似律。

强爆炸早期火球现象的一维数值研究

采用一维球对称辐射流体力学方程组,构建直接求解辐射输运方程的一种数值方法,得到强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程.计算结果与Brode结果进行对比,二者一致,证明数值方法的合理性.数值模拟爆炸源区不同当量、不同密度以及不同爆炸高度等条件下强爆炸早期火球发展过程中火球阵面、弹壳冲击波的形成发展过程,对计算结果进行比较分析.

强爆炸早期火球光辐射能谱的数值计算

基于强爆炸火球光辐射的多群辐射流体力学方法,采用算子分裂方法将方程组分裂为对流项和刚性源项,其中源项部分根据方程形式,进一步分裂为各群内的单独求解。数值计算表明:该方法克服了直接求解过程中辐射与流体耦合所带来的强不稳定性,时间步长大幅提高,给出的火球光辐射能谱特征与已有规律一致。可为定量分析光辐射能谱特征提供有效手段。

装药量对温压炸药爆炸毁伤威力的影响

为了获得温压炸药装药量对近地空中爆炸的能量输出结构的影响规律,开展了质量为0.5、1.0、2.0 kg的温压炸药近地空爆试验,并使用压力传感器、高速摄像机、红外热成像仪记录了爆炸冲击波和爆炸火球参数。使用TNT超压经验公式对0.5、1.0、2.0 kg装药的空中入射冲击波、地面冲击波的超压峰值进行拟合,建立了冲击波超压峰值衰减规律方程。根据高速摄像机和红外热成像仪的测试结果,建立了基于装药量的爆炸火球直径、火球持续时间和火球温度最高时刻热通量的拟合方程。对比0.5、1.0、2.0 kg装药的爆炸火球图像和温度曲线可以看出:随着装药量的增加,爆炸火球的最高温度、火球尺寸(直径×高度)以及持续时间均有一定的增加,高温区域在火球面积中的占比也有所提升。

DNTF基层状复合温压装药爆炸过程及能量释放特性

为探究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)对层状复合温压装药爆炸释能过程的影响,制备了外层装药具有不同铝粉含量(60%~94%)和不同DNTF含量(0~40%)的多种双层复合装药,采用密闭罐体进行了氮气与空气环境下的爆炸试验,并基于准静态压力与有效机械能的关联性,获得了装药在不同反应阶段的输出能量,同时结合爆炸火球的演变,分析了不同装药的铝粉后燃烧过程。结果表明,当外层装药的DNTF为40%时,其被冲击分散后,散布的DNTF颗粒极易点火并迅速增长,提升了铝粉无氧燃烧速率与云团边缘铝粉有氧燃烧速率,爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和比同组分均匀装药提升12%;当外层装药中的DNTF由同比例的聚四氟乙烯(PTFE)替代时,铝粉抛撒后的燃烧速率大幅降低,与外层装药含DNTF的复合装药相比,释放的总机械能下降约22%,冲击波超压、温度也下降显著;当外层装药全部为铝粉时,高浓度的铝粉云团发生持续时间长且剧烈的有氧燃烧,释放的总机械能下降仅为5%,但爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和却下降32%,冲击波超压峰值下降幅度较大。可见,复合装药外层中的DNTF组分对于提升铝粉云团的燃烧速率及爆炸早期的能量释放速率具有重要作用。

油柱直径对变压器油燃爆特性影响实验研究

特高压换流变压器管件内的变压器油易蒸发并形成可燃的油气混合物,当点火源存在时,变压器油燃爆会造成电力设备严重破坏。目前,有关变压器油爆炸动力学演化规律的实验研究匮乏,采用压力传感器测压和高速相机记录火焰形状,研究了油柱直径对变压器油爆炸超压演化和火球行为的影响。实验结果表明,随着油柱直径从93 mm增加至350 mm,最大超压和反射超压均呈现先增大后减小的趋势。随着压力测点与爆炸中心之间的距离增大,最大超压呈现逐渐下降的趋势。当油柱直径从153 mm变化至350 mm时,炸药爆炸诱导的变压器油火球行为相似,爆炸火球的传播以竖直向上扩展为主。变压器油爆燃火球的最大高度和最大面积随着油柱直径增加呈现先增大后减小的变化趋势。

温压药剂的爆炸温度场测量及热辐射效应研究

运用红外热成像仪分别对温压药剂和TNT爆炸火球的表面温度进行了测量,根据实测结果分析了温度场的分布情况。依据炸药的爆炸特性及热毁伤准则,结合Baker火球模型,对温压药剂和TNT爆炸产生的热辐射效应进行了计算,结果表明:装填20kg温压药剂的模拟战斗部,其造成死亡的平均热毁伤半径远大于30kgTNT的。

云爆剂爆炸／冲击波参数研究

对一种新型云爆药剂及其试验装置进行了外场静爆试验，并对其爆炸／冲击波参数和后续燃烧现象进行研究。结果表明：总装药量为30kg的试验弹其爆炸火球最大直径可达17．4m，是原始装药直径的75．65倍。从所测爆炸场超压曲线发现存在前后两个正压作用区，第二个正压区呈现较好的规律性；二次冲击波在火球区外形成，火球区内是后续燃烧反应对爆炸波加载而引起的压缩波积累压力平台；二次冲击波峰值压力不小于第一个冲击波的40％，二次冲量占总冲量的12．5％～43．7％，其对爆炸／冲击波威力的贡献不可忽略。

含铝温压炸药及其爆炸效能研究

主要阐述含铝温压炸药配方的基本组成及在不同环境条件下的能量释放效率、爆炸火球及冲击波的形成过程等。通过测试含铝温压炸药在氧气、空气和氩气环境中的燃烧热值,研究不同环境对其爆炸能量释放效率的影响及其使用范围;通过测试爆炸火球和冲击波的成长过程、火球温度和高温火球持续的时间分析含铝温压炸药爆炸机理和破坏效能。结果表明,以超细片状铝粉为主要原料的含铝温压炸药在有氧环境中爆炸的能量释放效率和能量释放速率均较高,其有效破坏效能为较强的爆炸冲击波和持续的高温火球,大大延展温压炸药的综合破坏效能。

红外热成像技术在云团爆炸测温中的应用

利用红外热成像技术研究了具有云团爆炸性质的燃料空气炸药(FAE)的爆炸温度场。实验测试了两发液体FAE和一发固体FAE试验弹的爆炸温度参数,得到了爆炸火球温度的时空分布,并根据火球温度分布分析了燃料的抛撒情况。结果表明,在装药量相同的情况下,固体FAE和液体FAE的爆炸火球表面温度分别比TNT高22.3%和6.2%,1000℃以上高温持续时间是TNT的1.95和1.23倍;液体燃料爆炸形成的火球覆盖面积比固体云爆剂大;预制刻槽的薄壁弹体更利于燃料的抛撒和分散。

双元炸药装药空中爆炸的输出特性

选择3种复合炸药制备了双元炸药装药试样,测量了其空中爆炸冲击波超压-时间历程,并与单一炸药装药进行了比较。研究了双元装药结构空中爆炸的输出特性,采用高速摄影仪测定了爆炸火球的特征参数。结果表明,双元炸药装药结构可使两部分装药之间产生能量耦合,从而提高装药的能量输出。采用外层高爆速炸药包裹内层非理想炸药的内外层双元装药结构,不仅能提高空中爆炸的冲击波效应,而且可以增加爆炸火球的持续时间。

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验。从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响。结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小。

TNT坑道内爆炸热作用规律的试验研究

为了研究TNT装药在坑道内爆炸的热效应,开展了1 kg和3 kg两种质量的TNT药柱在长直坑道内的爆炸试验,采用WRe 5/26热电偶获取了不同爆心距处的响应温度—时间曲线,分析了温度峰值和传播速度随距离变化的规律,以及装药质量对温度峰值和热作用持续时间的影响。结果表明,由于爆炸产物的二次反应,响应温度在上升过程中存在一个延迟台阶;温度峰值和火球传播速度随着爆心距的增加均呈“下降-上升-下降”趋势,上升段位于8~11倍坑道等效直径段,1 kg TNT装药坑道内爆炸火球传播速度在上升段达到最大值,为24.69 m/s,在最末段速度降至最低,为4.88 m/s;1 kg TNT和3 kg TNT药柱对应的响应温度峰值分别为406℃和575℃,响应温度平均持续时间分别为2.20 s和3.30 s;试验条件下,相同爆心距处的温度峰值之比和持续时间之比均近似等于两种装药质量的立方根之比。

新型微乳化柴油抛撒和云雾爆炸实验及其抑爆性能评估

为掌握新型微乳化柴油的抑爆性能和机理,开展了-10#柴油、普通微乳化柴油和新型微乳化柴油抛撒和云雾爆炸实验。采用灰色关联分析法,对柴油样品云雾爆炸火球的表面最高温度时的平均温度、高温(高于1 273.15 K)持续时间、火球最大截面积、火球辐射度等特征参数进行定量计算并评估其爆炸威力,又运用液体燃料抛撒和成像系统,研究柴油样品在激波及其高速气流作用下的抛撒雾化现象及其抑爆机理。结果表明:新型微乳化柴油的抛撒云雾径向扩展半径和云雾爆炸火球特征参数均明显小于-10#柴油、普通微乳化柴油,如在含水质量分数为5%的乳化柴油中分别添加质量分数为0.2%和0.4%的高分子聚合物防雾剂,形成的新型微乳化柴油的火球表面最高平均温度比-10#柴油分别低296.90和336.90 K,高温持续时间比-10#柴油分别少94和234 ms;火球最大截面积也分别只有-10#柴油的60.10%、53.53%;新型微乳化柴油的爆炸威力最小,抑爆性能最好,其次是普通微乳化柴油和-10#柴油;微乳化柴油的水分质量分数在15%以下时,多增加10%的水与添加0.2%防雾剂的抑爆效果相当;新型微乳化柴油抑爆性能较好的主要原因是柴油中添加防雾剂使其液滴黏弹性增大,在高速气流剪切作用不易破碎、雾化,液滴分散效果差。