Page 192 - 《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Ⅱ：爆炸波演化规律与加载方案设计 第 11 期

−5
求解，时间项使用一阶欧拉法求解，通过 PIMPLE 算法处理压力-速度耦合。设置计算时间步长 1×10 s，
−4
−6
−5
能量方程残差小于 1×10 ，进程变量方程残差小于 1×10 ，动量方程残差小于 1×10 。
2.4 数值计算方法的验证
利用试验测得的超压时程曲线和峰值分布数据，对数值计算方法进行验证。图 5 展示了 P2、P4 和
P8 测点超压时程曲线以及沿管道超压峰值分布的对比。可以看出，测点 P2 和 P4 超压时程曲线的峰值、
持续时间和变化趋势均得到准确再现，数值预测结果与试验数据吻合良好；测点 P8 超压时程变化趋势
预测较为合理，但数值计算峰值为 1 500 kPa，比试验结果高约 50%。从图 5(d) 的超压峰值分布对比中
（图中 Distance 指超压测点距点火端的距离）也可看出，管道尾端测点的预测误差显著：测点 P1～P4 的超压
峰值计算值较试验数据偏高约 10%，而测点 P6 和 P8 的偏差均超过 30%。这主要是由于试验中管道尾端因
结构与土体破坏发生了泄爆，实际燃气爆炸过程并非完全密闭，而数值模拟为简化模型未考虑该效应，
导致管道尾端边界条件与实际情况存在差异，增大了计算误差。总体而言，本文所建立的数值模型能够
较好地模拟大尺寸管道内燃气爆炸超压荷载的演化过程，适用于类似条件下爆炸超压荷载的预测。
1 600 1 600

1 400 Testing data 1 400 Testing data
1 200 Numerical prediction 1 200 Numerical prediction
Overpressure/kPa 800 Overpressure/kPa 800
1 000
1 000
600
600
400
200
200 400
0 0
−200 −200
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
Time/s Time/s
(a) P2 (b) P4
1 600 1 600
1 400 Testing data 1 400 Testing data
Numerical prediction
1 200 Numerical prediction 1 200
Overpressure/kPa 800 Overpressure/kPa 1 000
1 000
800
600
600
400
200 400
0 200
−200
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0 5 10 15 20 25 30 35
Time/s Distance/m
(c) P8 (d) Overpressure peak distribution
图 5 数值计算与试验数据的对比
Fig. 5 Comparison between testing data and numerical predictions

3 甲烷-空气爆燃驱动爆炸荷载模拟装置内爆炸波演化的数值模拟

为保证爆炸荷载模拟装置能够产生预期的荷载，需在明确爆炸波演化机制的基础上，优选加载方
案。基于已验证的数值计算方法，考虑气云长度、障碍物布置（包括数量、间距与阻塞率）以及泄爆条件
等变量的影响，对装置内甲烷-空气混合物的爆燃过程进行了数值模拟，提出试验加载方案。
3.1 数值模型简述
在数值模拟中，装置由长 30 m、截面尺寸为 0.8 m×0.8 m 的驱动段，长 3 m 的扩大段和长 2 m 的整形

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