深水型乳化炸药水下爆轰数值计算和实验研究
发布时间：2021-10-17 08:39
在深水环境下由于静压力的作用,乳化炸药内用于敏化的空心玻璃微珠会发生破碎,导致乳化炸药的孔隙率降低,炸药密度变大,进而使乳化炸药的爆速和猛度下降,不仅如此,还会使起爆感度和传爆感度都会降低。本文研究了深水型乳化炸药的起爆机理,对其起爆过程中空心玻璃微珠孔隙闭合过程进行了数值模拟,并进行了相关实验,对空心玻璃微珠在爆轰过程中的作用进行了表征。首先,本文介绍了玻璃微珠型乳化炸药起爆与爆轰波的数学模型,给出了单位质量玻璃微珠型乳化炸药的爆压,爆热以及爆速计算推导公式,并且与已发表文献的数据进行对比,误差在10%以内。其次,本文利用ANSYS/LS-DYNA对乳化炸药内的空心玻璃微珠的孔隙闭合过程进行数值模拟。根据空心玻璃微珠所占乳化炸药的质量分数公式计算模型的相关参数,对爆轰波的压力、波速、能量变化等进行分析,通过模拟结果发现,空心玻璃微珠内部空气泡在爆轰波冲击过后内能会显著增加。随后,对空心玻璃微珠进行了模拟水下压强的破碎率测定实验,结果表明在深水环境下,空心玻璃微珠会受到一定程度上的结构破坏,实验测得的破碎率在本文中实验条件下呈现出一定规律,空心玻璃微球的破碎率与加压时间并无直接的关系,...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下钻孔爆破Fig1.1Underwaterdrillingandblasting
深水型乳化炸药水下爆轰数值计算和实验研究-8-2乳化炸药的爆轰数学模型研究2.1非均质炸药的冲击起爆机理非均质炸药是指物理以及力学性质不均匀的炸药，如混合炸药以及含有气泡、空穴、杂质等物质的单质炸药。乳化炸药属于非均质炸药，在其众多起爆机理中,Chaundri.M提出了初始冲击波绝热压缩空气泡形成热点的理论[41]，该理论较为成熟完备，目前也被大家所公认[42]。在乳化炸药的爆轰过程中，由于冲击波的作用，空心玻璃微珠内部含有的空气形成的空气泡发生了绝热压缩，空气泡发生急剧升温并且形成“热点”，当其温度达到乳化基质燃点时，乳化基质发生燃烧，如图2.1所示，乳化炸药在“热点”周围发生的燃烧过程经历了如下阶段：（1）“热点”周围的乳化炸药基质在其表面发生的小面积化学反应；（2）“热点”四周的乳化基质燃烧扩散到最大；（3）“热点”四周的乳化炸药基质持续燃烧，乳化基质内的压强和温度继续上升，燃烧速度快速上升并转为爆轰，先发生反应的乳化基质为后续的乳化基质反应提供能量，从而使得乳化炸药爆轰继续下去。图2.1乳化炸药内部“热点”周围乳化基质燃烧过程Fig2.1Combustionprocessofemulsionmatrixaround"hotspot"inemulsionexplosive
大连理工大学硕士学位论文-9-2.2爆轰计算中的经典理论2.2.1爆轰波的C-J爆轰理论19世纪末，Chapman.D.L[43]和Jouguet.E[44]各自提出了爆轰波传递的CJ理论，也被称为柴普桑——柔格理论。在CJ爆轰理论中，冲击波和化学反应区被假设为一维的强间断面，在一维强间断面上发生的反应是瞬时的，反应的初态和末态相互重合，爆轰波波阵面后的爆轰产物处于热化学平衡状态。据此，爆轰波可以被认为是一个发生化学反应的强间隔面，其波速为D，结构如图所示，图中P,,,e,T分别表示压强，密度，质点速度，温度，下标的0和1分别表示爆轰波前和爆轰波后的状态。5图2.2CJ爆轰模型Fig2.2CJdetonationmodel在CJ模型中，爆轰波被看作发生化学反应的冲击波，因此波阵面上满足三大守恒定律[45]；质量守恒定律：0011(D)(D)（2.1）动量守恒定律：100010PP(D)()（2.2）能量守恒定律：22000011[()()]22vmeDeDQPp（2.3）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同敏化方式乳化炸药在静压作用下爆炸特性的研究[J]. 朱可可,吴红波,夏曼曼,张洪. 火工品. 2018(04)
[2]空心玻璃微珠强度分析的数学模型[J]. 王宏,方红杰,蓝庆东,黄俊杰,牛文昊,姜淳. 上海交通大学学报. 2015(11)
[3]乳化炸药在深水爆破中拒爆的探讨[J]. 郭志强. 能源与环境. 2013(05)
[4]空心玻璃微珠制备方法及应用研究进展[J]. 彭寿,王芸,彭程,彭小波. 硅酸盐通报. 2012(06)
[5]玻璃微球敏化的乳化炸药数学模型[J]. 刘蓉,程扬帆,周宗福,沈兆武. 中国科学技术大学学报. 2012(12)
[6]乳化炸药发展前景及其研究近况[J]. 陈晓琴,刘天生. 化工中间体. 2011(07)
[7]高性能空心玻璃微珠填充乳化炸药的研究[J]. 冯建林,许传华,刘亚辉. 现代矿业. 2011(06)
[8]复合敏化乳化炸药的压力减敏[J]. 王尹军,李玉景,甘德淮. 爆炸与冲击. 2010(03)
[9]浅析空心玻璃微珠在乳化炸药中的应用[J]. 张立生. 黑龙江科技信息. 2010(12)
[10]水下爆破中乳化炸药抗水性能的实验研究[J]. 刘磊,汪旭光,杨溢,王尹军,孙伟. 工程爆破. 2010(01)
博士论文
[1]炸药爆轰及驱动性能的连续电阻测试方法研究[D]. 李科斌.大连理工大学 2019
[2]动压作用下乳化炸药减敏机理研究[D]. 吴红波.安徽理工大学 2011
[3]乳化炸药在水下爆破中抗水抗压性能的实验研究与机理分析[D]. 刘磊.昆明理工大学 2010
[4]混合炸药爆轰与安全性能实验与理论研究[D]. 高大元.南京理工大学 2003
[5]乳化炸药爆轰特性研究[D]. 宋锦泉.北京科技大学 2000
硕士论文
[1]水下爆破振动对周围建筑物影响研究[D]. 黄迪.湖南大学 2019
[2]现场混装乳化炸药爆破参数优化及数值模拟研究[D]. 刘福高.武汉科技大学 2015
[3]基于SPH法的硬脆材料超声振动三维螺线磨削机理仿真研究[D]. 米召阳.北京理工大学 2015
[4]乳化炸药的改性及工艺研究[D]. 王丽丽.中北大学 2008
[5]乳化炸药爆轰特性研究[D]. 张显丕.安徽理工大学 2006
[6]半球形传爆药结构研究及起爆效果多媒体演示软件开发[D]. 任俊梅.华北工学院 2001
本文编号：3441465
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下钻孔爆破Fig1.1Underwaterdrillingandblasting
深水型乳化炸药水下爆轰数值计算和实验研究-8-2乳化炸药的爆轰数学模型研究2.1非均质炸药的冲击起爆机理非均质炸药是指物理以及力学性质不均匀的炸药，如混合炸药以及含有气泡、空穴、杂质等物质的单质炸药。乳化炸药属于非均质炸药，在其众多起爆机理中,Chaundri.M提出了初始冲击波绝热压缩空气泡形成热点的理论[41]，该理论较为成熟完备，目前也被大家所公认[42]。在乳化炸药的爆轰过程中，由于冲击波的作用，空心玻璃微珠内部含有的空气形成的空气泡发生了绝热压缩，空气泡发生急剧升温并且形成“热点”，当其温度达到乳化基质燃点时，乳化基质发生燃烧，如图2.1所示，乳化炸药在“热点”周围发生的燃烧过程经历了如下阶段：（1）“热点”周围的乳化炸药基质在其表面发生的小面积化学反应；（2）“热点”四周的乳化基质燃烧扩散到最大；（3）“热点”四周的乳化炸药基质持续燃烧，乳化基质内的压强和温度继续上升，燃烧速度快速上升并转为爆轰，先发生反应的乳化基质为后续的乳化基质反应提供能量，从而使得乳化炸药爆轰继续下去。图2.1乳化炸药内部“热点”周围乳化基质燃烧过程Fig2.1Combustionprocessofemulsionmatrixaround"hotspot"inemulsionexplosive
大连理工大学硕士学位论文-9-2.2爆轰计算中的经典理论2.2.1爆轰波的C-J爆轰理论19世纪末，Chapman.D.L[43]和Jouguet.E[44]各自提出了爆轰波传递的CJ理论，也被称为柴普桑——柔格理论。在CJ爆轰理论中，冲击波和化学反应区被假设为一维的强间断面，在一维强间断面上发生的反应是瞬时的，反应的初态和末态相互重合，爆轰波波阵面后的爆轰产物处于热化学平衡状态。据此，爆轰波可以被认为是一个发生化学反应的强间隔面，其波速为D，结构如图所示，图中P,,,e,T分别表示压强，密度，质点速度，温度，下标的0和1分别表示爆轰波前和爆轰波后的状态。5图2.2CJ爆轰模型Fig2.2CJdetonationmodel在CJ模型中，爆轰波被看作发生化学反应的冲击波，因此波阵面上满足三大守恒定律[45]；质量守恒定律：0011(D)(D)（2.1）动量守恒定律：100010PP(D)()（2.2）能量守恒定律：22000011[()()]22vmeDeDQPp（2.3）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同敏化方式乳化炸药在静压作用下爆炸特性的研究[J]. 朱可可,吴红波,夏曼曼,张洪. 火工品. 2018(04)
[2]空心玻璃微珠强度分析的数学模型[J]. 王宏,方红杰,蓝庆东,黄俊杰,牛文昊,姜淳. 上海交通大学学报. 2015(11)
[3]乳化炸药在深水爆破中拒爆的探讨[J]. 郭志强. 能源与环境. 2013(05)
[4]空心玻璃微珠制备方法及应用研究进展[J]. 彭寿,王芸,彭程,彭小波. 硅酸盐通报. 2012(06)
[5]玻璃微球敏化的乳化炸药数学模型[J]. 刘蓉,程扬帆,周宗福,沈兆武. 中国科学技术大学学报. 2012(12)
[6]乳化炸药发展前景及其研究近况[J]. 陈晓琴,刘天生. 化工中间体. 2011(07)
[7]高性能空心玻璃微珠填充乳化炸药的研究[J]. 冯建林,许传华,刘亚辉. 现代矿业. 2011(06)
[8]复合敏化乳化炸药的压力减敏[J]. 王尹军,李玉景,甘德淮. 爆炸与冲击. 2010(03)
[9]浅析空心玻璃微珠在乳化炸药中的应用[J]. 张立生. 黑龙江科技信息. 2010(12)
[10]水下爆破中乳化炸药抗水性能的实验研究[J]. 刘磊,汪旭光,杨溢,王尹军,孙伟. 工程爆破. 2010(01)
博士论文
[1]炸药爆轰及驱动性能的连续电阻测试方法研究[D]. 李科斌.大连理工大学 2019
[2]动压作用下乳化炸药减敏机理研究[D]. 吴红波.安徽理工大学 2011
[3]乳化炸药在水下爆破中抗水抗压性能的实验研究与机理分析[D]. 刘磊.昆明理工大学 2010
[4]混合炸药爆轰与安全性能实验与理论研究[D]. 高大元.南京理工大学 2003
[5]乳化炸药爆轰特性研究[D]. 宋锦泉.北京科技大学 2000
硕士论文
[1]水下爆破振动对周围建筑物影响研究[D]. 黄迪.湖南大学 2019
[2]现场混装乳化炸药爆破参数优化及数值模拟研究[D]. 刘福高.武汉科技大学 2015
[3]基于SPH法的硬脆材料超声振动三维螺线磨削机理仿真研究[D]. 米召阳.北京理工大学 2015
[4]乳化炸药的改性及工艺研究[D]. 王丽丽.中北大学 2008
[5]乳化炸药爆轰特性研究[D]. 张显丕.安徽理工大学 2006
[6]半球形传爆药结构研究及起爆效果多媒体演示软件开发[D]. 任俊梅.华北工学院 2001
本文编号：3441465
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