Page 30 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 第 9 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 9
2025 年 9 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Sept., 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0300

基于大型激波管氢氧爆轰驱动方式产生

冲击波波形调控的数值模拟 *

郭 丁 ，孙渊博 ，葛云心 ，王 成 ，邵建锟 1,2
1,2
1
1
1,2
（1. 北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室，北京 100081；
2. 北京理工大学长三角研究院（嘉兴），浙江 嘉兴 314000）
摘要： 大型激波管作为爆炸冲击毁伤与防护实验平台时，能规避小尺度缩尺实验中由于尺寸效应造成的实验结
果不准确，但由于设备的稀缺性，目前仍然缺乏利用大型激波管直接模拟炸药爆炸冲击波形的研究。因此，进行大型
激波管内氢氧爆轰驱动方式下冲击波生成与传播过程的数值模拟。根据现存大型激波设备的结构特点，建立具有驱
动管、激波整形段和变截面出口特征的大型激波管二维模型。冲击波的生成和传播过程使用含有七步氢氧反应模型
的二维非定常黏性可压缩流体控制方程表达，湍流模型选取重整化群 k-ε 模型，并选用二维瞬态耦合式求解器进行数
值模拟计算。根据数值模拟结果，研究在大型激波管中采用氢氧爆轰驱动方式时，驱动初始物理条件、低反应活性气
体掺混、激波管几何构型等因素对爆轰形成冲击波波形的影响，并总结多种因素下产生冲击波特征参数的变化规律。
最后，选取黑火药爆炸冲击波实验数据作为目标，依据冲击波变化规律，模拟了大型激波管中冲击波波形调控过程。
结果表明，在多因素耦合作用调控下，能够实现在大型激波管中利用氢氧爆轰驱动方式对特定爆炸冲击波的模拟复现。
关键词： 大型激波管；重整化群 k-ε 模型；激波物理；波形复现
中图分类号： O381 国标学科代码： 1303520 文献标志码： A

Numerical study of shock wave generated by hydrogen-oxygen
detonation in a large shock tube

1,2
1
1,2
1
GUO Ding , SUN Yuanbo , GE Yunxin , WANG Cheng , SHAO Jiankun 1,2
（1. State Key Laboratory of Explosion Science and Safety Protection, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2. Yangtze Delta Region Academy of Beijing Institute of Technology, Jiaxing 314000, Zhejiang, China）
Abstract: Blast wave damage and protection experiments conducted in large-scale shock tubes can avoid the inaccurate
experimental results caused by the size effect in small-scale model experiments. However, due to the scarcity of equipment,
there is still a lack of research on directly simulating the shock waveforms of explosive explosions using large-scale shock
tubes at present. Therefore, a numerical simulation study of the generation and propagation process of shock wave generated by
hydrogen-oxygen detonation in a large shock tube were conducted, and the reproduction of blast wave in a large shock tube
was realized based on numerical simulation. Based on the designs of existing large shock tubes, a two-dimensional
axisymmetric model of a large shock tube with driving tube, shock shaping section and variable angle outlet was established.
The governing equation of a two-dimensional unsteady viscous compressible flow together with the seven-step reaction of the
hydrogen-oxygen detonation mechanism was used to simulate the generation and propagation process of the shock wave. The
renormalization group k-ε model was selected as the turbulence model, and the two-dimensional transient coupling solver was
used for numerical simulation. Due to the large scale of the model, turbulence has little effect on the far-field shock wave.

* 收稿日期： 2024-08-20；修回日期： 2025-03-03
基金项目： 国家自然科学基金（12472362, 12221002）
第一作者： 郭 丁（1999－ ），男，硕士研究生，guoding@bit.edu.cn
通信作者： 邵建锟（1989－ ），男，博士，教授，jkshao@bit.edu.cn

092102-1