Page 179 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 李 展，等： 甲烷-空气爆燃驱动的爆炸荷载模拟装置研发Ⅰ：几何形式与结构设计 第 11 期

180 1.9 140

1.8 120
160 1.7 100
Pressure/kPa 140 Density/(kg·m −3 ) 1.6 Velocity/(m·s −1 ) 80
1.5
60
1.4
40
120
1.2
100 1.3 20 0
1.1 −20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Time/ms Time/ms Time/ms
(a) Pressure-time history (b) Density-time history (c) Velocity-time history
图 5 入口边界条件
Fig. 5 Boundary conditions of the inlet

1.3 数值模型的验证 120 Testing data, P2
图 6 对比了数值计算和试验得到的测点 P2、 100 Numerical prediction, P2
Testing data, P3
P3 及尾端测点的超压-时程。可以看出，数值模 80 Numerical prediction, P3
Testing data, wall
拟获得的超压-时程曲线与试验测量结果吻合较 60 Numerical prediction, wall
好 。 具 体 而 言 ， 测 点 P2 超 压 峰 值 的 模 拟 值 为 Overpressure kPa
46.4 kPa，较试验值 47.8 kPa 低 2.9%；测点 P3 超 40
压的第 1 个峰值模拟结果为 41.7 kPa，较试验值 20
45.6 kPa 低 8.5%；两峰值时间间隔的预测值为 0
−20
7.17 ms，较试验值 6.6 ms 高 8.6%。尾端墙体壁 0 10 20 30 40 50 60
面处超压峰值的模拟值为 93.15 kPa，较试验值 Time/ms
103 kPa 低 9.6%。各指标数值计算与试验结果之 图 6 超压时程曲线的试验数据与数值计算结果对比
间的误差均小于 10%。总体而言，所建立的数值 Fig. 6 Comparison of overpressure-time histories
模型能够准确反映爆炸荷载模拟装置内冲击波 between numerical results and testing data
的演化过程，可较好地重现尾部超压反射及装置内冲击波的传播特性，表明该数值模型是合理、可靠的。

2 爆炸荷载模拟装置扩大段与整形段尺寸设计的数值模拟

2.1 已有基础与设计目标
现有大尺寸管道燃气爆炸试验装置总长 30 m，截面尺寸为 0.8 m×0.8 m，由 10 节钢制管道通过法兰
连接组成，如图 7 所示。利用该装置开展了系统的燃气爆炸试验 [17] ，实测的超压-时程曲线如图 7(b) 所

1 200

1 000
800
Overpressure/kPa 600

400
200

0
−200
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
Time/s
(a) Existing experimental device (b) Overpressure loads of typical case

图 7 已有大尺寸管道燃气爆炸试验装置与实测爆炸超压时程曲线
Fig. 7 Existing experimental device and overpressure loads of the typical case

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