Page 198 - 《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

内部有障碍物条件下，气云长度越长，可燃气云量 600 30
越大，为燃气爆燃提供了充足的燃料供应，促使燃 500 25
气爆燃越剧烈，燃烧速率越高，最终显著提高加载 400 20
面处超压峰值和升压速率。加载面处超压荷载
峰值与冲量随气云长度的变化如图 18 所示。可以 Overpressure peak/kPa 300 15 Impluse/(kPa·s)
发现，气云长度在 1.5～12 m 范围内时，超压峰值 200 10
大致随气云长度线性上升；气云长度超过 12 m 时， 100 5
超压峰值随气云长度增长幅度有限。这是因为在
0
本节讨论的障碍物布置和下游存在侧向泄爆口的 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
情况下，装置内燃烧的气云量存在上限，随着气云 Gas cloud length/m
量的升高，多余的可燃气体被泄放至装置外，对加 图 18 加载面处超压峰值和冲量随气云长度的变化
载面处超压荷载贡献有限。受复杂爆燃过程影 Fig. 18 Effect of gas cloud length on overpressure peak and
响，加载面处超压荷载冲量也呈现“两段线”形式。 impulse of loading area

4 加载方案的确定与试验

4.1 加载方案的确定
基于第 3 节的数值计算和参数分析结果，最终确定采用甲烷体积分数 9.5%，4 个障碍物以靠近点火
端、间距 3 m、障碍率为 1×50%+3×25% 的方式布置，改变气云长度（1.5、2、3、6 m）实现加载面爆炸荷
载变化的加载方案。图 19 对比了以上加载方案模拟的爆炸荷载和自由场 TNT 爆炸反射荷载的超压

70 90
Simulated load Simulated load
60 80
TNT 42 t, 200 m TNT 68 t, 200 m
70
50 60
Overpressure/kPa 40 Overpressure/kPa 50
30
40
30
20
10 20
10
0 0
−10 −10
0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30
Time/s Time/s
(a) 1.5 m (b) 2 m
140 240
Simulated load Simulated load
120 210
TNT 125 t, 200 m TNT 300 t, 200 m
Overpressure/kPa 100 Overpressure/kPa 180
150
80
120
60
90
40
20 60
30
0 0
−10 −30
0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30
Time/s Time/s
(c) 3 m (d) 6 m
图 19 爆炸超压荷载与自由场 TNT 爆炸反射超压荷载时程的对比
Fig. 19 Comparison of overpressure loads between simulated load and TNT explosions

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