封闭空间爆炸载荷特性研究

封闭空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压。为了研究封闭空间爆炸载荷特性,基于FORTRAN平台,采用三阶WENO有限差分格式编写了爆炸波高精度三维数值计算程序。应用Sod激波管、双爆轰波碰撞等经典算例验证了所开发数值程序的可靠性。在封闭空间内炸药爆炸波数值计算的基础上,基于冲量等效原则提出封闭空间内爆炸载荷简化模型,理论推导给出准静态超压峰值计算公式并通过数值计算结果验证了该公式的可靠性。开发的高精度爆炸波三维数值计算程序及提出的简化载荷模型可用于封闭空间内爆炸载荷的快速计算,为工程抗爆结构设计提供载荷输入。

泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律

约束空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律,采用三阶WENO有限差分格式,编写了约束空间内炸药爆炸冲击波三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例验证了数值程序的可靠性。基于验证的程序开展了带有泄压口的约束空间内爆炸载荷数值计算。在分析数值计算结果基础上,提出了描述准静态超压载荷简化理论公式,该理论公式与数值计算结果吻合较好。研究结果可为工程抗爆结构设计提供一定的参考和指导。

大长径比油气管道空间爆炸事故分析--以中国石油新疆油田分公司“8·7”稠油热采井口爆炸事故为例

为分析大长径比管道内气体爆炸事故的原因,以新疆克拉玛依油田克浅10井区"8·7"23123井口爆炸事故为例,进行物理爆炸和化学爆炸的理论计算,并分析井口爆炸事故过程。物理爆炸计算与分析表明,爆炸可产生的压力为18.46MPa,小于采油(气)井口装置105MPa的爆破压力,因此,该爆炸不属于蒸汽过热引起的物理爆炸。化学爆炸计算表明,油管内发生化学爆炸产生的高温达到2666.7℃,可以使钢材强度受到破坏;化学爆炸的爆轰压力为122.4MPa,大于井口装置能承受的爆破压力,说明是化学爆炸产生的爆轰压力摧毁了井口装置。计算与分析的结果可以为防止类似事故的发生提供参考。

复合装药密闭空间爆炸能量释放特性

为研究不同装药结构HMX基含铝炸药在密闭空间内的爆炸特性,开展了复合装药结构和均一装药结构样品在密闭空间爆炸的实验研究,建立了具有测温和测压功能的密闭爆炸实验装置,获得了复合装药结构样品密闭空间爆炸压力和温度数据,并与相同化学组成的均一装药结构进行了对比。结果表明,具有复合装药结构样品密闭空间爆炸冲击波峰值压力和准静态压力比相同化学组成的均一装药结构分别提高了12.7%和8.0%,通过外层高爆速炸药、内层高铝氧比炸药的内外层复合装药结构能够提高装药密闭空间的爆炸能量输出;与均一装药结构密闭空间爆炸峰值温度745℃相比,复合装药结构峰值温度下降124℃,为621℃,但具有内外层复合装药结构样品在密闭空间中能够维持长时间600℃左右的高温环境。

密闭空间爆炸温度动态不确定度评估方法研究

融合了灰色模型GM(1,1)、Bootstrap方法以及不确定度评定理论,建立了密闭空间内爆炸温度动态测量不确定度的灰自助评估模型GBM(1,1),选取某次爆炸试验300 s的温度数据作为分析数据,运用估计真值、估计区间和平均不确定度等参数表征其估计结果。实验结果表明,GBM(1,1)模型融合了灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法的优势,可以准确模拟动态测量数据的概率分布,并实时跟踪被测量瞬时值的变化趋势。相比于灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法,灰自助模型GBM(1,1)具有更高的真值估计准确度和区间估计可靠度,其估计误差分布区间为[-12.62,13.58],标准差为8.69℃,最大相对误差为1.2%,区间估计可靠度高于90%,估计区间能够较完整地包络被测量的动态波动范围。由此证明GBM(1,1)模型能够对密闭空间内爆炸温度的动态测量不确定度做出准确评估。

特殊开放空间爆炸案现场勘查要点——以山西太原市“11·06”爆炸案为例

山西太原"11·06"爆炸案现场是一起典型的开放空间爆炸现场,且其案发时间和地点均具有一定的特殊性。该文通过对本案现场勘查工作的梳理,总结出了类似爆炸案现场的勘查要点。

封闭空间内活性毁伤元战斗部爆炸载荷特性研究

为探明活性毁伤元战斗部封闭空间爆炸载荷特性,开展了活性毁伤元战斗部、惰性战斗部和裸装药的舱内爆炸对比试验,结合高速数据采集系统和三维扫描技术,分析了不同类型战斗部的舱内爆炸压力、温度、受载结构的变形响应和活性材料的能量释放特性,结果表明活性毁伤元战斗部大幅度提高了舱内的准静态压力、温度峰值和受载结构的残余变形,相较于惰性战斗部和裸装药,爆炸压力、温度和结构残余变形最大提高了79.7%、93.6%和62.1%。此外,活性材料能量释放速率、能量释放量与爆轰能量之间呈现正相关关系,其中能量释放量随着爆轰能量的增大出现收敛现象。最后基于活性毁伤元战斗部载荷特性以及金属薄板的爆炸响应规律,发现活性材料的持续释能现象导致舱内准静态压力和结构在1 ms内所受冲量大幅度增加,两者共同影响结构的残余变形。

装药质量对约束空间内爆炸准静态超压载荷的影响规律研究

约束空间内爆炸载荷的深入研究是合理设计抗爆结构的重要依据。为了研究装药质量对约束空间内爆炸准静态超压载荷的影响规律,应用三阶WENO有限差分格式,编写炸药在约束空间内爆炸过程的三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞等经典算例验证了本文数值程序的可靠性。基于验证的程序开展了带有泄压口的约束空间内爆炸载荷数值计算。采用量纲分析与数据拟合相结合方式给出了准静态超压衰减系数随装药质量的变化关系。在此基础上,提出了描述准静态超压载荷简化计算公式,该公式与数值计算结果吻合较好(超压峰值误差控制在6%以内,准静态泄压误差控制在5%以内)。本文的研究可为工程抗爆结构设计提供一定的参考和指导。

有限空间内部爆炸研究进展

分析了有限空间内爆炸的能量释放特点和毁伤方式,从冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数值模拟、炸药综合威力评估6方面综述了有限空间内爆炸作用的研究,认为应建立表征内爆威力的屋顶举起实验装置,加强多毁伤元耦合作用对目标破坏的研究,将屋顶举起作功能力和准静态压力纳入内爆炸威力评估体系,建立科学、有效的内爆炸威力评估方法。

受限空间瓦斯爆炸冲击波压力信号小波包去噪研究

由于受限空间瓦斯爆炸冲击波压力信号具有突变性和瞬态非平稳性特点,采用小波包分析进行去噪处理。选取典型的Daubechies小波包系和Symlets小波包系各小波包基对信号的重构均方根误差,并计算了原始信号与重构信号的相关系数,确定Sym8为处理瓦斯爆炸冲击波压力信号的最佳小波包基。去噪结果显示:小波包分析在降低噪声的同时,仍然保留信号突变部分的信息,能尽可能不失真得重现有效信号,受限空间瓦斯爆炸冲击波压力信号小波包去噪能够得到更可靠地结果。

后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。

密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究

[目的]密闭空间内爆炸过程不仅涉及冲击波的传播和反射,还包含复杂的后燃烧效应。后燃烧效应既增强了冲击波强度,还会对最终准静态压力产生较大影响。为对约束空间内爆炸准静态超压进行预测,[方法]基于化学反应分析及能量守恒定律,推导给出一种考虑后燃烧效应内爆炸准静态超压峰值的计算模型,并将模型计算得到的准静态超压与相关文献的实验测量结果及经验公式的结果进行对比分析,以验证所提理论模型的可靠性和准确性。[结果]结果表明:理论模型计算的准静态超压峰值与文献的实验测量及经验公式的结果吻合较好;Anderson经验公式在药量体积比小于0.5 kg/m^3的爆炸工况下并不适用,文献[8]的拟合公式不能外推至药量体积比大于8.87 kg/m^3的爆炸工况下使用。[结论]研究结果可为更好地了解内爆炸后燃烧效应对准静态压力贡献的物理机制,以及为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。

密闭空间内爆炸温度场数值计算及其特性研究

采用三阶WENO有限差分格式,耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,并通过建立内能与热容之间的关系求得瞬态温度,自主开发密闭空间内炸药爆炸温度场三维数值计算程序。基于所开发的程序开展密闭空间内炸药爆炸温度场数值计算,初步探讨内爆炸温度场演化过程及其分布规律。研究表明:密闭空间内爆炸温度载荷在爆炸初期呈现出多峰值特征,在爆炸后期,逐渐趋近于准静态平稳值,且内爆炸温度场分布具有空间上的不均匀性;数值计算准静态温度与理论计算吻合较好,相对误差控制在1%以内,初步验证了所开发程序的可靠性和正确性。本文的研究可为进一步探讨考虑后燃烧效应爆炸温度场数值计算及毁伤评估提供一定的参考和指导。

考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算研究

为了研究后燃烧效应对爆炸场参数的影响规律,提出一种考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算方法,将简化的反应率模型,耦合到三维两组可压缩欧拉方程中近似考虑后燃烧效应。并通过建立气体内能与热容之间的关系求得瞬态温度,根据热力学关系建立绝热指数计算公式。基于FORTRAN平台,采用五阶WENO有限差分格式,自主开发考虑后燃烧效应密闭空间内炸药爆炸场三维数值计算程序。基于所开发的程序数值探讨内爆炸场演化过程及后燃烧效应对爆炸场参数计算的影响。结果表明:(1)准静态温度、绝热指数及超压数值解与考虑后燃烧效应的理论解吻合较好,相对误差小于5%,初步验证了所开发程序的可靠性。(2)后燃烧效应在内爆炸场数值模拟中需要引起足够的重视,同一内爆炸工况下,准静态温度、绝热指数及超压数值解与不考虑后燃烧效应的理论解误差分别高达25%,6%,31%。

一种约束空间内炸药爆炸温度场数值计算方法及应用

为了研究约束舱室内炸药爆炸温度场,采用五阶WENO有限差分格式,耦合求解了爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程;并通过理论推导建立了热容与气体内能之间的关系式;进而采用牛顿迭代法求得最终温度场,自主开发了约束舱室内炸药爆炸温度场的二维数值计算程序。采用所开发的程序开展了约束舱室内炸药爆炸温度场数值计算,初步探讨了炸药形状及泄压对温度场的影响规律。研究表明:(a)炸药形状对远场测点温度影响较小,对近场温度影响较大,方形炸药在近场区域相比圆形炸药能维持较长时间的高温区;(b)泄压能较大幅度地降低舱室内部的温度载荷强度,相比密闭舱室能够使得最终准静态温度载荷降低54.7%,从而降低毁伤程度。本文的研究可为进一步探讨考虑燃烧效应后爆炸温度场数值计算及毁伤评估提供一定的参考和指导。

泄压空间内爆炸温度载荷的影响规律研究(一)——装药质量

基于自主开发的程序开展了泄压空间内炸药爆炸温度场数值计算,初步探讨了装药质量对泄压空间内爆炸温度载荷的影响规律。研究表明:①爆炸发生后,舱室内部气体被迅速加热升高到准静态温度峰值,且随着药量的增大,准静态温度直线上升速率增大;随着泄压口的持续泄压,舱室内部气体温度缓慢衰减到平稳值,且随着药量的增大,准静态温度直线衰减速率加快。②相较同初始条件密闭空间内爆炸,随着药量的增加,泄压对于温度载荷的降低效果更明显。本文的研究可为进一步探讨考虑后燃烧效应爆炸温度场数值计算及毁伤评估提供参考。

内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(二)——泄压空间

为了研究泄压空间内爆炸爆轰产物运动及能量演化规律,采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解两组分可压缩欧拉方程,自主编写了泄压空间内炸药爆炸过程二维数值计算程序。采用验证的程序数值探讨了泄压口大小、泄压口位置、炸药爆炸位置对爆轰产物运动及能量演化的影响规律。研究表明:上述因素不仅改变了爆轰产物的运动形态,同时改变了产物的泄出过程;泄压口的存在主要加快气体内能的泄出过程。本文研究可为舱室内爆炸毁伤评估提供一定的参考和依据。

内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(一)——密闭空间

为了研究密闭空间内爆炸爆轰产物运动规律,采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写了密闭空间内炸药爆炸过程二维数值计算程序。利用所开发的程序数值探讨了密闭空间内爆轰产物的传播过程及炸药形状、产物状态方程对爆轰产物运动的影响规律。研究表明:炸药形状的差异不仅改变了爆炸初期爆轰产物的膨胀形态,同时也改变了爆轰产物与周围空气的后期混合状态。状态方程对产物运动过程同样具有一定的影响,JWL状态方程中高压项可使得爆炸初期产物具有更大的膨胀能力。本文的研究可为进一步探讨考虑燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。

小氮肥厂空间化学爆炸与当地气象条件的关系

1 前言 近年来，在小氮肥厂行业的生产过程中。发生空间化学爆炸不乏其例。从一般事例看，发生空间化学爆炸的原因主要是由于设备容器内的可燃性气体泄漏引起的。但这里有一个值得考虑的问题，即往……

临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律研究

为了解临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律,利用建立的临近空间核爆炸碎片云运动计算模型,对当量1 kt-10 Mt爆高30-80 km核爆炸碎片云运动进行了系统性计算研究。结果表明:碎片云最大上升高度、水平半径和上升速度随爆高和当量增加。爆高30 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为13-16 km,爆后5 min最大水平半径为4-5 km,兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为20-40 km,爆后5 min最大水平半径为15-30 km;爆高80 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为30-50 km,爆后5 min最大水平半径为20-40 km,兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为200-400 km,爆后5 min最大水平半径为110-220 km。当量较小、爆高较低时,碎片云形状演化为扁椭球形;当量较大、爆高较高时,碎片云形状演化为倒梨形。研究得到的碎片云运动参数可为临近空间核爆炸电离层和人工辐射带等地球物理效应研究提供缓发辐射源信息。