Page 178 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 伍俊英，等： 金属桥箔电爆炸驱动飞片过程流场瞬态观测与数值模拟 第 1 期

的距离依赖于速度，而飞片的速度是通过飞片后方流场压力计算得到的，通过对比飞片速度与运动距
离，可以在一定程度上反映出实验与数值模拟得到流场的相似性。由图 8 可知，实验得到的飞片速度要
比数值模拟得到的飞片速度大，这可能有两方面的原因：一方面，本文中只考虑了金属的一级电离，使得
等离子体状态方程对等离子体膨胀行为的描述与实际存在差异，计算中依据等离子体状态方程得到的
流场压力比实际要低；另一方面，实验中，由于等离子体具有导电性，电能始终被整个等离子体区域吸
收，而在数值模拟中，只在桥箔区域一直施加电能，这导致电爆炸后期，飞片后方等离子体无法继续吸收
电能，使得等离子体膨胀产生的流场压强比实验要小。飞片是由飞片后方流场压力驱动的，数值模拟中
较小的流场压力导致了飞片速度比实验低。尽管数值模拟得到的速度比实验要小，但数值模拟与实验
得到的飞片运动距离与飞片运动速度具有相同的变化趋势，不同时刻下数值模拟与实验得到的飞片运
动距离最大相对误差为 6.1%、飞片运动速度最大相对误差为 8.1%，相对误差均不超过 10%。综上可知，
本文采用的计算模型和计算方法具有较高的计算准确性。
2.4 数值模拟结果分析
2.4.1 压强分布
由于数值模拟中所建立的计算模型为轴对称计算模型，为显示完整的流场分布，将计算得到的流场
分布沿所建立的对称轴进行对称映射。图 9 给出了桥箔电爆炸驱动飞片运动过程中不同时刻的流场压
强分布。由图 9 可知，研究范围内，由于飞片持续加速运动，压缩飞片前方的空气，在 516 ns 时，高压区
已经从加速膛内转移到飞片前端，780 ns 左右时，由于等离子体再度明显吸收电能，温度升高、压强增
大，导致高压区由飞片前端转移到加速膛内。860 ns 左右时，由于等离子体的膨胀以及飞片的持续加速
运动，高压区已经再度转移到飞片前端，此后高压区一直维持在飞片前端；流场最大压强为 1.63×10 Pa
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(516 ns)，此后，从 600 ns 到 2 310 ns 基本维持在 1.00×10 Pa 左右，无明显变化，由于等离子体膨胀产生的
7
冲击波波速逐渐衰减，而飞片却在不断加速运动，飞片在 1 360 ns 时基本抵达冲击波波阵面，此后飞片突
破冲击波波阵面，导致冲击波波阵面前端突起。
6 p/Pa 7 6 p/Pa 7 6 p/Pa 6 6 p/Pa 6

4 1.63×10 7 4 1.03×10 6 4 8.00×10 6 4 7.85×10 6
9.17×10
6.99×10
1.45×10
7.12×10
2 1.27×10 7 7 2 8.03×10 6 6 2 6.24×10 6 6 2 6.13×10 6 6
5.27×10
5.37×10
6.90×10
1.09×10
y/mm 0 9.10×10 6 6 y/mm 0 5.77×10 6 6 y/mm 0 4.49×10 6 6 y/mm 0 4.41×10 6 6
3.61×10
4.63×10
7.30×10
3.54×10
−2 5.50×10 6 6 −2 3.50×10 6 6 −2 2.73×10 6 6 −2 2.68×10 6 6
1.82×10
1.86×10
2.37×10
−4 3.70×10 6 −4 1.23×10 6 −4 9.79×10 5 5 −4 9.62×10 5
1.90×10
−6 1.01×10 5 −6 1.01×10 5 −6 1.01×10 −6 1.01×10 5
0 2.5 5.0 0 2.5 5.0 0 2.5 5.0 0 2.5 5.0
x/mm x/mm x/mm x/mm
(a) 516 ns (b) 780 ns (c) 860 ns (d) 960 ns
p/Pa p/Pa p/Pa p/Pa
6 9.60×10 6 6 1.28×10 7 6 1.03×10 7 6 8.90×10 6
4 8.54×10 6 6 4 1.14×10 7 6 4 9.17×10 6 6 4 7.92×10 6 6
9.98×10
8.03×10
6.94×10
7.49×10
2 6.43×10 6 2 8.57×10 6 2 6.90×10 6 2 5.97×10 6
y/mm 0 5.38×10 6 6 y/mm 0 7.16×10 6 6 y/mm 0 5.77×10 6 6 y/mm 0 4.99×10 6 6
5.74×10
4.32×10
4.01×10
4.63×10
−2 3.27×10 6 6 −2 4.33×10 6 6 −2 3.50×10 6 6 −2 3.03×10 6 6
2.06×10
2.37×10
2.92×10
2.21×10
−4 1.16×10 6 −4 1.51×10 6 −4 1.23×10 6 −4 1.08×10 6
−6 1.01×10 5 −6 1.01×10 5 −6 1.01×10 5 −6 1.01×10 5
0 2.5 5.0 0 2.5 5.0 0 2.5 5.0 0 2.5 5.0
x/mm x/mm x/mm x/mm
(e) 1 360 ns (f) 1 660 ns (g) 1 960 ns (h) 2 310 ns
图 9 桥箔电爆炸驱动飞片过程流场压强分布
Fig. 9 Pressure distribution of flow field of flyer driven by the electric explosion of metal foil
2.4.2 温度分布
图 10 给出了桥箔电爆炸驱动飞片运动过程中不同时刻的流场温度分布，由图 10 可知，流场温度在
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516～2 310 ns 时间段内的数量级为 10 。516 ns 时，流场最高温度为 9 950 K，此后，在等离子体膨胀降温
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