Page 24 - 《爆炸与冲击》2023年第2期
P. 24

第 43 卷               李    瑞,等: 低温和低压环境下炸药爆炸冲击波的传播特性                              第 2 期


               为低压环境和标准大气环境下的环境温度,K;W                     为装药量,kg。
                   为了验证式      (9)~(10) 预测低压环境下炸药爆炸冲击波超压和比冲量的准确性,选择                             T =20 ℃,p =
                                                                                                h        h
               p , 2p /3, p /3 0  进行理论计算和数值模拟研究,并与实验数据              [21]  进行对比。相应的爆炸冲击波峰值超压
                   0
                0
               Δp 和比冲量     i 的理论计算、数值模拟与实验数据对比结果如图                     4  所示。
                 m

                      10 5                                       10 3
                                      Fitted curve (Eq.(9)), p h =p 0      Fitted curve (Eq.(9)), p h =p 0
                                      Fitted curve (Eq.(9)), p h =2p 0 /3  Fitted curve (Eq.(9)), p h =2p 0 /3
                      10 4            Fitted curve (Eq.(9)), p h =p 0 /3   Fitted curve (Eq.(9)), p h =p 0 /3
                                                                           Numerical data, p h =p 0
                     Δp m /kPa  10 3 2  Numerical data, p h =p 0  (i/W 1/3 )/(Pa·s·kg −1/3 )  10 2
                           Numerical data, p h =2p 0 /3
                      10
                           Numerical data, p h =p 0 /3
                                           [21]                         Numerical data, p h =2p 0 /3
                           Experimental data, p h =p 0                  Numerical data, p h =p 0 /3
                      10 1  Experimental data, p h =2p 0 /3 [21]        Experimental data, p h =p 0 [21]
                           Experimental data, p h =p 0 /3 [21]          Experimental data, p h =2p 0 /3 [21]
                          (a)                                       (b)  Experimental data, p h =p 0 /3 [21]
                      10 0                                       10 1
                        10 −1           10 0             10 1     10 −1            10 0            10 1
                                      Z/(m·kg −1/3 )                            Z/(m·kg −1/3 )
                                     图 4    低压环境下冲击波参量的理论、数值模拟与实验数据对比
                             Fig. 4    Comparison among theoretical, numerical and experimental shock wave parameters
                                                in diminished pressure environments
                   从图   4  可以看出,不同环境压力下冲击波参量的理论计算结果与数值模拟及实验结果吻合较好,说
               明式  (9)~(10) 和数值模拟能够较好地预测低压环境下炸药爆炸冲击波的峰值超压                                Δp 和比冲量      i。分
                                                                                           m
               析图  4(a) 可知,爆炸冲击波的峰值超压随着环境压力的降低而减小,爆炸近场的冲击波峰值超压下降幅
               度要大于爆炸远场。对于图             4(b),当  Z<0.2 m/kg 1/3  时,爆炸冲击波的比冲量随着环境压力的降低而略有
               增大;当   Z>0.2 m/kg 1/3  时,冲击波比冲量随着环境压力的降低而减小。
                   同样,为了验证式        (9)~(10) 预测低温环境下爆炸冲击波峰值超压和比冲量的准确性,选择环境压
               力  p =101.325 kPa,环境温度   T =20, −18, −53 ℃  进行理论计算和数值模拟研究。相应的爆炸冲击波峰值
                  h
                                         h
               超压  Δp 和比冲量     i 理论计算、数值模拟和实验数据的对比结果如图                      5  所示。
                     m

                       10 5                                      10 3
                                     Experimental data, T h =20 ℃ [21]        Fitted curve (Eq. (10)), T h =20 ℃
                                     Experimental data, T h =−18 ℃ [21]       Fitted curve (Eq. (10)), T h =−18 ℃
                       10 4          Experimental data, T h =−53 ℃ [21]       Fitted curve (Eq. (10)), T h =−53 ℃
                     Δp m /kPa  10 3                           (i/W 1/3 )/(Pa·s·kg −1/3 )  10 2  Numerical data, T h =20 ℃

                                                                     Numerical data, T h =−18 ℃
                             Fitted curve (Eq. (9))
                             Numerical data, T h =20 ℃               Numerical data, T h =−53 ℃
                       10 2  Numerical data, T h =−18 ℃                  Experimental data, T h =20 ℃ [21]
                             Numerical data, T h =−53 ℃                  Experimental data, T h =−18 ℃ [21]
                          (a)                                       (b)  Experimental data, T h =−53 ℃ [21]
                       10 1                                      10 1
                        10 −1            10 0            10 1     10 −1            10 0            10 1
                                      Z/(m·kg −1/3 )                            Z/(m·kg −1/3 )
                                   图 5    低温环境下冲击波参量的理论、数值模拟结果与实验结果的对比
                             Fig. 5    Comparison among theoretical, numerical and experimental shock wave parameters
                                               in diminished temperature environments
                   从图   5  可以看出,不同环境温度下爆炸冲击波参量的理论计算、数值模拟与实验数据吻合较好,说
               明式  (9)~(10) 和数值模拟能够较好地预测低温环境下炸药爆炸冲击波的峰值超压                                Δp 和比冲量      i。分
                                                                                           m
               析图  5  可知,环境温度对爆炸冲击波的峰值超压                  Δp 影响不大,但影响爆炸冲击波的比冲量                  i,冲击波比
                                                            m
               冲量  i 随环境温度降低而增大。



                                                         022301-6
   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29