Page 181 - 《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

2.3 扩大段与整形段内爆炸波传播的数值模拟
为评估加载面处超压荷载的均匀性，引入超压峰值误差（Δ）和峰值到达时间误差（δ）两个指标进行
量化评价。超压峰值误差的定义为：

p max − p min
∆ = (3)
p min
p min 为最小超压峰值。峰值到达时间误差定义为：
式中： p max 为加载面处所有单元中的最大超压峰值，
(4)
δ = t max −t min
t min 为最早的峰值到达时间。
式中： t max 为所有单元中最晚的超压峰值到达时间，
σ ），其计算公式如下：
为筛选最优方案，将上述指标进行无量纲处理，并求和得到总体误差（
∆ δ
σ = + (5)
∆ max δ max
δ max 为最大峰值到达时间误差。很明显，总体误差越小，加
式中： ∆ max 为所有工况最大的超压峰值误差，
载面处超压荷载分布越均匀。
2.3.1 扩大段形式的确定
数值计算得到的不同扩大段形式条件下加载面超压荷载均匀性的对比（按总体误差从小至大排
序），如表 2～4 所示。可以看出，底部倾斜不对称型和底部水平型扩大段需配置较长的扩大段和整形
段，方可保证加载面上超压荷载的均匀性。例如，对于底部倾斜不对称形式，需扩大段与整形段总长度
大于 8 m，方可使超压峰值误差控制在 10% 以内。这将显著提高设备的制造与后期运营成本。相比之
下，上下对称型扩大段仅需总长度大于 5 m，即可实现超压峰值误差小于 10%。因此，爆炸荷载模拟装置
推荐扩大段使用上下对称形式。

表 2 底部水平扩大段加载面超压荷载均匀性对比
Table 2 Comparison of overpressure load distribution errors between Horizontal type cases
序号 工况编号 L 1 /m L 2 /m 超压误差/% 时间误差/ms 总体误差 总长度/m
1 H64 6 4 3 0.29 0.28 10
2 H58 5 8 8 0.24 0.35 13
3 H54 5 4 7 0.28 0.36 9
4 H35 3 5 6 0.50 0.50 8
5 H63 6 3 19 0.21 0.56 9
6 H44 4 4 14 0.38 0.60 8
7 H53 5 3 26 0.2 0.71 8
8 H52 5 2 32 0.18 0.83 7
9 H43 4 3 36 0.16 0.89 7
10 H34 3 4 29 0.45 0.96 7
11 H42 4 2 40 0.23 1.04 6
12 H21 2 1 26 0.68 1.08 3
13 H31 3 1 30 0.62 1.12 4
14 H33 3 3 46 0.16 1.12 6
15 H51 5 1 42 0.29 1.13 6
16 H41 4 1 38 0.43 1.15 5
17 H32 3 2 45 0.41 1.28 5
18 H11 1 1 33 1.32 1.71 2

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