Page 40 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 郭 丁，等： 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 第 9 期

4 结 论

开展了大型激波管内氢氧爆轰驱动方式下冲击波形成的二维数值模拟，探究了不同因素对形成冲
击波特征参量的影响，得到的结论如下。
(1) 在大型激波管氢氧爆轰驱动方式下，爆轰冲击波的特征参数受到诸多因素的影响。驱动气体初始
压力的提高会提高激波整形段内冲击波的驱动强度，使冲击波峰值压力和波速上升，峰值压力对初始压力
在不同范围内变化的敏感性不同。驱动管内，初始温度的上升使得氢氧反应终态产物趋于解离态，化学平
衡逆向移动，因此反应释放能量降低。另外，由于模拟驱动管内的气体组分为真实气体，根据气体状态方
程，在初始压力一定的条件下，驱动气体温度的升高会导致驱动管内气体总量降低，因此爆轰产生的总能量
降低，进一步影响激波整形段内形成冲击波的强度下降，导致监测点处冲击波的峰值压力和波速降低。
(2) 氢氧爆轰驱动方式下，在氢氧混合气体内掺混低反应活性气体也是调控爆轰冲击波特征参数的
手段之一。模拟结果显示，由于氦气具有较低的摩尔质量，包含氦气的产物气体可以将氢氧混合爆轰产生的
能量更好地转化为动能，因此对冲击波的特征参数有较大的促进作用。但低反应活性气体的摩尔质量并非
决定因素，例如氮气的摩尔质量低于氩气，但其比定压热容较高，在爆轰发生后可以吸收更多反应释放能，
降低了化学能转化为动能的效率，因此氮气掺混对冲击波驱动能力的减弱作用反而强于同体积的氩气掺混。
(3) 激波管的几何结构同样是影响冲击波参数的重要因素。驱动管长度的变化导致驱动气体总量
发生变化，驱动管内氢氧爆轰反应产生的总能量相应改变，进一步影响激波整形段中冲击波的强度，使
得监测点处冲击波的峰值压力和波速发生变化。而变截面出口开口角度则改变了冲击波与被驱动空气
的接触面积，使得驱动阻力发生变化，从而对冲击波的特征参数产生影响。
(4) 选取黑火药爆炸冲击波实验数据作为目标，根据实验特征参数，利用数值方法模拟大型激波管
氢氧爆轰驱动冲击波调控过程，实现了在大型激波管中利用氢氧爆轰驱动方式对爆炸冲击波的模拟复现。

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