Page 85 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 肖 敏，等： 含空穴炸药硝基甲烷冲击转爆轰过程的数值模拟 第 9 期

6
2.0 t=0 μs t=0 μs t=0 μs
1.8 t=0.15 μs 10 t=0.15 μs 5 t=0.15 μs
1.6 t=0.30 μs 8 t=0.30 μs t=0.30 μs
1.4 4
ρ/(g·cm −3 ) 1.0 p/GPa 6 4 u/(km·s −1 ) 3 2
1.2
0.8
0.6
0.4 2 1
0.2
0 0 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
x/mm x/mm x/mm
(a) Density (b) Pressure (c) Velocity
图 16 6 GPa 冲击压力下 0、0.15 和 0.30 μs 时的中轴线密度、压力和速度分布
Fig. 16 Density, pressure and velocity distributions on the central axis under the impact pressure of 6 GPa at 0, 0.15, and 0.30 μs

25 5
2.2 t=0.70 μs t=0.70 μs t=0.70 μs
t=1.11 μs t=1.11 μs t=1.11 μs
2.0 t=1.94 μs 20 t=1.94 μs 4 t=1.94 μs
t=2.49 μs
t=2.49 μs
t=2.49 μs
15
ρ/(g·cm −3 ) 1.8 p/GPa 10 u/(km·s −1 ) 3 2
1.6
1.4 5 1
1.2 0 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
x/mm x/mm x/mm
(a) Density (b) Pressure (c) Velocity

图 17 6 GPa 冲击压力下 0.70、1.11、1.94 和 2.49 μs 时的中轴线密度、压力和速度分布
Fig. 17 Density, pressure and velocity distributions on the central axis under the impact pressure of 6 GPa
at 0.70, 1.11, 1.94, and 2.49 μs

图 13～15 展示的是空穴塌缩后 4 个时刻的密度、压力和爆轰产物质量分数分布。能够看出：在热
点附近化学反应速率显著提高，形成新的冲击波向四周传播。在冲击波作用下，高压区域内的炸药发生
化学反应，快速生成新的爆轰产物。如图 14～15 所示，随着时间演化，冲击波波阵面处压力上升，1.94 μs
时，压力峰值为 10 GPa，2.49 μs 时，压力峰值增长到远高于 CJ 爆轰压力的 22 GPa。高压区域爆轰产物的
质量分数持续上升，2.49 μs 时，2.7～16.4 mm 区域内的炸药几乎全部转化为爆轰产物。
图 16～17 展示的是不同时刻中轴线密度、压力和 x 方向运动速度的分布。起初随着空穴被压缩，
炸药受到稀疏作用，密度以及压力从左至右下降。空穴进一步受到压缩发生塌陷，0.30 μs 时，在 10.5～
10.6 mm 处形成能量汇聚的高密度、高压力区域，压力峰值约为 10 GPa，速度峰值约为 4.4 km/s，热点附
近区域内的化学反应速率大幅提升，产生新的冲击波。冲击波压力峰值起先略微下降，然后随着化学反
应的进行不断提高。1.94 μs 时，新产生的冲击波传播到 5 mm 处，该处压力值为 10.5 GPa，2.49 μs 时，传
播到 3 mm 处，该处压力值为 21.7 GPa。
图 18～24 展示了 8 GPa 冲击压力下 7 个时刻的计算结果，其中图 18～19 为空穴压缩以及塌陷过程
中不同时刻的密度和压力分布。冲击波与空穴相互作用后，空穴的前表面受压缩后发生形变。随着空
穴被进一步压缩，热点区域压力达到 11 GPa 以上。
图 20～22 展示的是空穴塌缩后 4 个时刻的密度、压力和爆轰产物质量分数分布。空穴塌缩后，热点
附近的压力和温度升高，化学反应速率迅速升高。随后，由热点引发新的冲击波向四周传播，冲击波波后
高压区的炸药发生剧烈反应，如图 21～22 所示，0.78 μs 时压力峰值高达 25 GPa，部分区域内的炸药已完全
反应，转化为爆轰产物。0.90 μs 时压力峰值升至 27 GPa，在加载冲击波以及新产生冲击波的作用下，高
压区的剩余炸药继续剧烈反应，转化为爆轰产物。1.50 μs 时 14 mm 左侧区域的炸药几乎全部发生反应。

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