Page 172 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 陈安然，等： 高速破片撞击燃油箱导致的燃油喷溅特性 第 6 期

油液团在空气中运动并逐渐雾化发散。当第 1 股喷溅燃油运动一定时间后，燃油箱内的第 2 股燃油液团
随即喷出，跟随第 1 股喷溅燃油运动或逐渐覆盖其尾部。
根据简化过程，喷溅燃油的初始速度由 2 部分组成：（1）燃油液团整体离开燃油箱时的速度，称为液
团初始运动速度 v mov0 ；（2）燃油液团在空气中因雾化而整体向外膨胀的速度，称为液团发散速度 v div0 。
2.1.1 液团初始运动速度
试验中侵彻孔的深度与直径之比小于 0.5， 1 2
可视作薄壁小孔 [21] 。图 13 所示为燃油液团整体 Outside environment
s
离开燃油箱的过程。 h p 1 p 2
取 燃 油 箱 内 、 外 两 个 液 体 截 面 ， p 、 v i 和 v 1 v 2
i
A 1 A 2
A 分别代表每个截面上液体的压力、速度和面
i
s
积（i = 1, 2）。两个截面上的变量满足： v mov0
Fuel tank A s
v 2 v 2 ∑ 1 2
p 1 1 p 2 2
+ = + + E ζ (4)
ρ l g 2g ρ l g 2g 图 13 燃油液团运动过程及参数
ζ
式中：g 为重力加速度；ρ 为液体密度；∑E 为燃 Fig. 13 The movement process and parameters of fuel spurt
l
油液团通过侵彻孔的局部能量损耗，包括液团通
过侵彻孔时收缩和膨胀所造成的能量损失。根据流动阻力和水头损失理论，当液团流经的固体边界的
形状和尺寸或两者之一突然改变时，将引起液流剖面流速分布的急剧变化，固/液边界分离并产生涡旋，
液体质点的局部相对运动增强，质点间的摩擦碰撞加剧，从而引起小范围内集中发生流动阻力，称为
局部阻力。流动的液体由于克服局部阻力做功而产生的水头损失称为局部水头损失。局部水头损失一
般发生在液流截面突变、液流轴线急剧弯曲或液流前进方向上有明显的局部障碍时，当箱内燃油从侵彻
孔喷出时，燃油的流动轨迹经历从收缩到扩张的过程，故液团受局部阻力的能量损失和局部水头损失分
别为：
v 2
E 1 =ζ mov0 (5)
2g
Å ã 2
A s v mov0
E 2 = 1− (6)
A 1 2g
式中：ζ 为侵彻孔处的局部阻力系数，A /A 表征液体的收缩程度。
1
s
由 于 A 和 1 A 远 大 于 侵 彻 孔 口 处 的 液 体 截 面 积 A ， 计 算 孔 口 喷 溅 速 度 时 ， 不 妨 设 A =A 。 2 由 于
2
s
1
A /A 远小于 1，截面 1 和截面 2 处的流速 v 和 1 v 一般很小，且∑E = E + E ，联立式 (4)～(6)，可得喷溅液
2
1
ζ
1
s
2
团的初始速度为：

1 2 2∆p
v mov0 = √ (p 1 − p 2 ) = C v (7)
ζ +1 ρ l ρ l
式中：C 为面板侵彻孔的速度系数，Δp = p − p 为燃油箱的内外压差。由于破片穿透燃油箱面板产生的
v
1
2
侵彻孔形状复杂，C 的取值与侵彻孔尺寸及边缘形状、孔口的雷诺数及流动状态均相关：
v
1 1
C v = √ = √ (8)
ζ +1 R s N c S f F l +1
式中：R 、N 和 c S 分别表征侵彻孔的相对粗糙度（绝对粗糙度与侵彻孔直径之比）、相对裂纹数（裂纹长
f
s
度）和尺寸系数；F 为表征侵彻孔附近液体流动状态变化的系数，首次喷溅时 F = 1，随着喷溅次数的增
l
l
加，液体内压力场逐渐衰减，F 逐渐减小。
l
2.1.2 液团发散速度
当燃油液团从侵彻孔喷出后，液团周围原有的约束瞬间消失，由于液团为具有能量的湍流体系，在
其运动过程中会逐渐雾化，即液团逐渐分裂成小液滴并向四周扩散，其发散速度为：
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