Page 120 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王一鸣，等： 电流互感器泄压装置在燃爆载荷下的动态响应与失效机理 第 11 期

y

9
8
7 6
213 mm 5 4

3
2
1
O x
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Ø246 mm
Ø358 mm
(d) Expansion joint numbering diagram (e) Rupture disc monitoring point diagram

图 3 泄压装置仿真模型及监测点位图
Fig. 3 Simulation model pressure relief device and monitoring points map
仿真采用 Johnson-Cook 本构模型 [13] ：
ï Å ãò
n
∗ m
σ y = [A+ B(ε p ) ] 1+C ln ˙ ε p [1−(T ) ] (2)
˙ ε 0
T ∗ 为同系温
式中： σ y 为流动应力， ˙ ε p /˙ε 0 为应变速率， ε p 、 ˙ ε p 为等效塑性应变和应变率， ˙ ε 0 为参考应变率，
[14]
T melt 为材料熔化温度；A、B、n、C 和 m 为材料常数 。
度，定义为 (T −T room )/(T melt −T room ) ，其中 T room 为室温，
316L 不锈钢 Johnson-Cook 本构模型参数见表 4。

表 3 泄压装置网格模型单元属性设置 表 4 316L 不锈钢 Johnson-Cook 本构模型参数 [15]
Table 3 Setting the properties of a mesh element Table 4 316L stainless steel Johnson-Cook constitutive
for a pressure relief device model parameters [15]
单元类型 单元形状 节点总数 网格总数 A/MPa B/MPa n C
C3D8R 六面体 1 215 765 750 708 300.5 1 156 0.603 0.01

2 结果与分析

2.1 燃爆测试分析
试验后导出压力传感器所测得的压力曲线和火花监测器测得的火花信号曲线如图 4 所示。从图 4
可以看出，点火后系统首先出现压力快速上升，压力波在极短时间内传播至泄压口并触发爆破片开启；
相比之下，火焰信号的出现明显滞后，其到达泄压口的时间晚于压力峰值时刻。该现象表明，在燃爆过
程中，压力波先于火焰前锋作用于泄压装置，泄压系统的初始响应主要由压力波主导。
火焰在管道内的传播过程中经历了由初始层流燃烧 [16] 向湍流燃烧 [17] 的转变，并在受限空间内持续
加速。当火焰前锋最终到达泄压口并向外喷出时，下游火花探测器记录到强烈光信号，表明此时火焰强
度显著增强。压力响应与火焰传播在时序上的差异，反映了燃爆过程中力学波与化学波传播机理的本
质不同 [18] 。
由压力时程曲线可知，泄压过程中容器内压力演化可分为三个阶段：快速上升阶段、快速下降阶段
以及随后较为平缓的衰减阶段。爆破片开启后，压力并未立即降至环境水平，而是先快速下降至约
0.18 MPa 并在该水平附近维持一段时间，随后才逐渐衰减，形成明显的压力平台特征。压力平台的形成
主要与泄压口流动状态的转变 [19] 及外部背压的建立 [20] 有关。爆破片初始开启时，容器内外压差较大，
泄压口处气体流动达到临界状态 [21] ，泄放质量流率达到最大值，使压力迅速下降；随着大量气体进入膨

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