Page 197 - 《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

化不明显，基本维持在 120 kPa。这是因为障碍物 6 m side vent 4×25% 3 m 6 m side vent 7×25% 3 m
6 m side vent 5×25% 3 m 6 m side vent 8×25% 3 m
数量的增加增强了爆燃过程中流场的湍流强度， 6 m side vent 6×25% 3 m 6 m side vent 9×25% 3 m
160
提升了燃烧速率，从而提高了压力上升的速率；然 140
而，本节数值模拟中仅考虑气云长度 6 m 的工况， 120
在爆燃过程中，可燃气云量有限且被迅速消耗，无 100
法促进产生更剧烈的爆燃。因此在加载方案的 Overpressure/kPa 80
60
设计中，应综合考虑气云量和障碍物数量的组合。 40
3.3.4 障碍物阻塞率的影响 20
在 不 同 阻 塞 率 条 件 下 （ 工 况 E6、 K6、 L6、 0
−20
M6 和 N6） ， 加 载 面 处 超 压 荷 载 曲 线 的 对 比 如
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
图 16 所示。可以发现，加载面处的超压峰值并 Time/s
未随阻塞率的增加而上升。其中，工况 1×50%+
图 15 障碍物数量对超压的影响
3 × 2 5 % 的 超 压 峰 值 最 高 （ 2 0 5 k P a ） ， 工 况 2 ×
Fig. 15 Effect of obstacle number on overpressure
50%+2×25% 次之（186 kPa），而阻塞率最高的工

况 4×50% 最低（136.6 kPa）。这一现象可归结于 6 m side vent 4×25% 3 m 6 m side vent 2×50%+2×25% 3 m
爆燃过程中流场结构、火焰传播和压力波之间 6 m side vent 4×50% 3 m 6 m side vent 1×50%+3×25% 3 m
6 m side vent 3×50%+1×25% 3 m
210
复杂的耦合作用。装置内的障碍物存在，一方面
180
会增加流场湍流程度、火焰面积和燃烧速率，另
一方面会阻碍爆燃过程中的压力波传播并抑制 120
压力波与火焰的耦合作用。加载面处的超压荷 Overpressure/kPa 150
90
载受以上两方面因素共同影响。在加载方案设 60
计中，选用 1×50%+3×25% 的障碍物组合，可在相 30
同条件下得到较高的超压荷载。 0
3.3.5 气云长度的影响 −30
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
在不同气云长度条件下（工况 K1.5、K2、K3、
Time/s
K6、K9、K12、K15、K18），加载面处的超压时程
图 16 不同阻塞率条件下加载面处超压荷载对比
曲线如图 17 所示。可以看出，加载面处超压峰值、
Fig. 16 Comparison of overpressure loads
升压速度随气云长度的增大而提高。这是因为在 at different blockage ratios
1.5 m side vent 1×50%+3×25% 3 m 9 m side vent 1×50%+3×25% 3 m

2 m side vent 1×50%+3×25% 3 m 12 m side vent 1×50%+3×25% 3 m
3 m side vent 1×50%+3×25% 3 m 15 m side vent 1×50%+3×25% 3 m
6 m side vent 1×50%+3×25% 3 m 18 m side vent 1×50%+3×25% 3 m
600
500
500
400
Overpressure/kPa 300 Overpressure/kPa 400
300
200
200
100
100
0
0
−100
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18
Time/s Time/s
(a) 0−0.4 s (b) 0.12−0.18 s (zoom in)

图 17 不同气云长度条件下加载面处超压荷载时程曲线
Fig. 17 Comparison of overpressure loads at different gas cloud lengths

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