Page 180 - 《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

示。为满足大尺寸结构/构件的加载要求，加载面尺寸定为 2 m×2 m。采用前文经过试验验证的数值模
型，数值计算确定扩大段形式、扩大段长度（L ）和整形段长度（L ）组合（图 8），将加载面从原管道的
2
1
0.8 m×0.8 m 扩大至 2 m×2 m，同时实现冲击波超压荷载在加载面上的均匀分布。

Loading area
Existing device Expansion section Conditioning section
Inlet

L 1 L 2
图 8 爆炸荷载模拟装置构成及尺寸示意图
Fig. 8 Schematic diagram and dimensions of the blast wave simulator

2.2 数值计算模型简述
数值模拟的计算域由原有管道燃气爆炸试验装置（长度为 1 m）、扩大段和整形段 3 部分构成，将压
力-时程曲线（图 7(b)）转换为对应的密度和流速时程曲线，并作为入口（Inlet）边界条件。除几何尺寸外，
其余模型参数均与 1.2 节保持一致。
基于现有装置条件，综合场地限制、制造成本、管内流场特性及已有爆炸荷载模拟装置扩大段的形
式等因素，选取 3 种扩大段外形开展数值模拟，如图 9 所示。扩大段形式可分为 3 类：(1) 底部水平布置，
该形式可保持爆炸荷载模拟装置底面水平，降低地坪处理及设备安装的难度与成本；(2) 上下对称布置，该形
式有助于在加载面上获得平面性和均匀性更优的超压荷载，但对地坪处理要求较高，投入较大；(3) 底部倾
斜且上下不对称布置，优缺点介于以上二者之间。考虑扩大段形式、扩大段长度（L ）和整形段长度（L ）
1 2
的多种组合进行数值计算，具体工况如表 1 所示。工况编号以“形状代号+L +L ”的方式命名。扩大
2
1
段形状代号，H 代表底部水平，I 代表底部倾斜，S 代表上下对称；L 为扩大段长度（单位：m）；L 为整形段
1
2
长度（单位：m）。例如，工况 H35 为形状类型为底部水平、扩大段长度为 3 m、整形段长度为 5 m 的工况。

(a) Horizontal type (H) (b) Inclined and asymmetric type (I) (c) Symmetrical type (S)
图 9 不同类型扩大段的示意图
Fig. 9 Schematic diagrams of different expansion sections

表 1 不同扩大段与整形段组合的计算工况
Table 1 Cases with different expansion sections and shaping sections in numerical simulation
扩大段 整形段长度/m
长度/m 1 2 3 4 5 6 8
1 H、I
2 H、I S S S S
3 H、I H、I、S H、I、S H、I、S H、I、S S
4 H、I H、S H、S H、I、S S S
5 H、I H、S H、S H、I、S H、S H
6 S S H、I、S H、I、S S

115401-6