Page 195 - 《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

化爆荷载类似的“陡峭”上升（图 10 中的蓝线），这与第 3 阶段中障碍物引起的爆燃强度加剧和超音速
流动有关。

Time: 0.050 s 1.00 Time: 0.050 s 4.2×10 5
0.95 4.0×10 5
0.90
0.85
Time: 0.100 s Time: 0.100 s 3.5×10 5
0.80
0.75 3.0×10 5
Time: 0.120 s 0.70 Time: 0.120 s
0.65 b 1 5 p/Pa
0.60 2.5×10
Time: 0.135 s 0.55 Time: 0.135 s 2.0×10 5
0.50
0.45
Time: 0.155 s 0.40 Time: 0.155 s 1.5×10 5
0.35
0.30 1.0×10 5
(a) Flame (b) Overpressure
Time: 0.050 s 1.0 Time: 0.050 s 100
0.9 90
0.8 80
Time: 0.100 s Time: 0.100 s
0.7 70
0.6 60
Time: 0.120 s Ma Time: 0.120 s
0.5 50 W dot /(kg·m −3 ·s −1 )
0.4 40
Time: 0.135 s Time: 0.135 s
0.3 30
0.2 20
Time: 0.155 s 0.1 Time: 0.155 s 10
0 0
(c) Velocity (d) Combustion rate
图 11 工况 K6 的火焰、超压、流速与燃烧率云图
Fig. 11 Flame, overpressure, velocity and combustion rate contours of case K6
第 4 阶段为 120～150 ms，至压力波经加载面反射后与火焰面相遇。此阶段泄爆口持续泄放高温高
压气体，上游测点超压逐渐降低；火焰面受泄放影响而变形拉长，火焰面积增大使得燃烧速率也维持在
较高水平。泄爆口的下游，压力波继续传播，扩大段入口因局部音速下降会出现超音速流动。135 ms 时，
加载面处超压经反射作用达到峰值。
150 ms 以后为第 5 阶段，此阶段压力波在装置内反射传播，泄爆口持续泄压，装置内超压荷载逐渐
减低。由于泄爆口的存在，火焰未传播进入加载段，在加载面处实现了火焰与压力波的分离，避免了高
温的影响。
3.3 参数分析
通过数值计算分析了泄爆条件、障碍物间距、障碍物数量、阻塞率及气云长度等多个参数的影响，
为确定加载方案提供了依据。

3.3.1 泄爆条件的影响
图 12 对比了不同泄爆条件下（工况 A6、B6、C6 和 D6）加载面处的超压时程曲线。可以发现，在完
全密闭工况中，由于管道端面的反射，加载面处超压时程曲线伴随有明显振荡。如图 12 所示，完全密闭
条件下，加载面处超压在 0.16 s 时，达到峰值 155 kPa，随后在 100 kPa 附近上下振荡。需要指出的是，数
值计算中未考虑边界散热，超压荷载围绕一定值振荡，但在试验中，超压荷载会振荡下降，持续时间超过

4 s [22] 。结构抗爆试验中，有周期振荡的超压荷载可能会引起结构共振或测试信号干扰，对爆炸荷载模拟
装置不建议选用完全密闭的工况。
对比有泄爆（工况 B6、C6 和 D6）的加载面处超压时程曲线，可以发现尾端泄爆工况超压荷载峰

115402-8