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第 31 卷第 19 期2023 年 10 月Vol.31 No.19Oct. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析张军，黄含军，毛勇建*，黄海莹，郑星，杨茂（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621999）摘要：冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一，炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式，当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题，仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。
基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件，搭建了一套激波管出口流场诊断系统，将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合，完善流场特征诊断与分析方法。
研究表明，该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像，通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制，可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征，以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。
基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性，该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。
关键词：光学测量；激波管；爆炸流场；纹影法；冲击波中图分类号：O382 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233119.2789Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow fieldfor blasting shock tubeZHANG Jun，HUANG Hanjun，MAO Yongjian*，HUANG Haiying，ZHENG Xing，YANG Mao （Institute of Systems Engineering， China Academy of Engineering Physics， Mianyang 621999， China）* Corresponding author， E-mail： maoyj@Abstract： Shock waves represent a primary form of damage from explosions， and explosive-driven shock tubes can simulate high overpressure shock wave scenarios. It is essential to determine test parameters， in⁃cluding the separation among the shock wave， explosion products， wave-front shape. Traditional pressure measurements， grounded in electrical principles， are insufficient for current flow field characterization re⁃search. Leveraging the reflection schlieren principle， a diagnostic system is developed for the shock tube nozzle´s flow field. This system utilizes a laser source and sequence of optical elements. By integrating vi⁃sual observations of flow phenomena with conventional pressure data， the method for analyzing flow field characteristics is enhanced. The findings indicate that the schlieren system captures high-resolution images of the shock wave and product flow field at the exit of the shock tube.Synchronized schlieren images，aligned with the pressure tests of the shock tube and ignition timings， offer insights into data oscillation，pressure anomalies， and the drift observed in piezoelectric pressure sensors. They also highlight the vibra⁃tion effects in the nozzle and surrounding air， resulting from stress waves post-explosion within the tube.文章编号1004-924X（2023）19-2789-10收稿日期：2023-02-18；修订日期：2023-03-13.基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.12072334，No.11602256）第 31 卷光学精密工程Through image analysis， the spatial decay patterns of the velocity and pressure of the shock wave at the ex⁃plosive outlet of the shock tube can be obtained. These results furnish a novel diagnostic technique and ana⁃lytical foundation， enhancing our comprehension of the formation and evolution of shock wave pressure in the explosive-driven shock tube.Key words： optical measurement； shock tube； explosion flow field； schlieren method； shock wave1 引言鉴于军事冲突中爆炸装置的大量使用以及爆炸灾害事故频发，爆炸冲击波造成的生命伤害和财产安全受到广泛关注。
多排毫秒延时挤压深孔爆破施工工艺1 前言目前国家为了保证经济平稳健康发展，持续予以政策倾斜，不断加大在基础设施领域的投资力度，矿山、公路、铁路、市政、电力、水利、港口等基础设施建设如火如荼。
在这一背景下，露天爆破作为一种在基础设施建设中得到广泛应用的施工技术，在作业规模不断增长的同时，作业环境也日趋复杂和多样，这就对露天爆破技术尤其是深孔爆破技术提出了更高的要求。
项目在深孔台阶爆破的基础上，融合了现场混装炸药、高精度导爆管雷管、塑料四通、专用起爆具等新工艺、材料、设备，形成了《多排毫秒延时挤压深孔爆破施工工艺》。
2 工艺特点2.0.1 利用高精度延时起爆与爆破挤压原理，充分发挥炸药爆炸能量和岩体相互碰撞作用，岩石破碎效果好，块度均匀，大块率低，爆破有害效应得到有效控制。
2.0.2 通过塑料四通等传爆元件的运用，使起爆网路设计更加灵活，减少了地表雷管，提高了传爆可靠性。
2.0.3 应用现场混装炸药技术，装药量精确，消除了成品炸药配送、储存过程中的安全隐患，降低了炸药成本，经济效益显著。
2.0.4 充分发挥机械化施工的优势，作业效率高，劳动强度低，施工进度快。
3 适用范围该项工艺适用于各种岩质条件下的露天石方爆破、矿山剥离开采、沟槽基坑、路堑中的深孔（孔深大于5m）爆破等工程；对个别参数进行调整后，也可用于城镇浅孔爆破和复杂环境深孔爆破、水下炸礁及淤泥清除等工程。
4 工艺原理多排毫秒延时挤压深孔爆破施工工艺，其主要工艺方法是使用高风压潜孔钻机高效成孔，应用现场混装炸药技术，利用高精度导爆管毫秒延时雷管和塑料导爆管，构成多排孔外延时或孔内外延时相结合的爆破网路，排间孔采用塑料四通将导爆管相连。
采取以上方法，实现了对岩体的充分破碎，并有效控制了爆破有害效应，技术原理可归纳为以下四点：第一是增加了自由面。
前排孔起爆后，为后排孔创造了一个新的自由面，同时也在岩石中造成了一定的破坏，产生裂隙，在其他条件相同时，能降低炸药单耗，提高爆破效果。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期液态金属绕流管束流动传热进展肖辉，张显均，兰治科，王苏豪，王盛（中国核动力研究设计院，四川 成都 610213）摘要：基于液态金属的螺旋管式换热器具有紧凑、换热能力强的特点，在热化学制氢、第四代核能、太阳能高温热发电、余热回收等能源化工系统极具价值，液态金属绕流管束流动传热问题越来越受到重视。
然而，绕流管束湍流传热较复杂，实验和数值模拟难度较大，目前尚未有相关可靠文献综述，阻碍了该类换热器设计与技术进步。
本文回顾了液态金属绕流管束相关研究，首先指出了液态金属流动传热特性与其他流体的异同，然后简述并比较了液态金属流动传热经验关系式，推荐了该类型换热器设计的流动传热经验公式，紧接着应用经验关系式分别对比了不同工质绕流管束、液态金属流经不同流道的流动传热性能。
指出液态金属湍流传热具有一定强化潜力，且绕流管束带来形阻较大，建议采取减阻措施。
本文为后续涉及液态金属绕流管束的换热器设计提供了参考。
关键词：传热；对流；管束；液态金属；湍流中图分类号：TK172 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0010-11Advances in flow and heat transfer research of liquid metal flowingacross tube bundlesXIAO Hui ，ZHANG Xianjun ，LAN Zhike ，WANG Suhao ，WANG Sheng(Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610213, Sichuan, China)Abstract: The helical coiled tube heat exchanger based on liquid metal has the characteristics of compactness and strong heat exchange capacity. It is valuable in energy and chemical systems such as thermochemical hydrogen production, fourth-generation nuclear energy, high-temperature solar thermal power generation, and waste heat recovery. The convective heat transfer issues of liquid metal flowing across tube bundles are getting more and more attention. However, turbulent heat transfer flowing across tube bundles is complicated, and the experimental and numerical simulation is chanllenging. At present, there is no reliable and relevant literature review, hindering the design and technical development of this type of heat exchanger. This paper reviewed convective heat transfer researches on liquid metal flowing across tube bundles. Firstly, it was pointed out the similarities and differences between liquid metal and other fluids in convective heat transfer characteristics. Then, it was summarized and compared flow and heat transfer empirical relations of liquid metal. It was recommended empirical formulas for the design of this type of heat exchanger. Subsequently, by applying the recommended empirical relations, the flow and heat transfer performance of different working fluid was compared with flowing across tube bundles, and the liquid metal flowing through different flow channels was also compared. The turbulent heat transfer of综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1221收稿日期：2023-07-18；修改稿日期：2023-10-28。
S e r i a l N o .490F e b r u a r y .2010现 代 矿 业M O R D E NM I N I N G总第490期2010年2月第2期 高 航,621010四川省绵阳市。
拉细导爆管对传爆可靠性影响的高速摄影试验研究高 航 廖小翠(西南科技大学环境与资源学院) 摘 要:为了充分认识导爆管拉细后对其传爆性能的影响,通过对拉细后的导爆管传爆过程进行的高速摄影试验,探索了导爆管管径拉细与其传爆可靠性之间的相互关系,并根据导爆管爆轰波传播机理,分析了其爆速变化原因,为导爆管起爆系统施工操作提出合理性建议。
关键词:爆炸力学;传爆过程;动态试验;高速摄影中图分类号:T D 235.22+3 文献标识码:A 文章编号:1674-6082(2010)02-0043-03E x p e r i m e n t R e s e a r c h o f H i g h S p e e dP h o t o g r a p h y o n t h e I n f l u e n c e t o D e t o n a t i o n P r o p a g a t i o n R e l i a b i l i t yo f D e t o n a t i n g T u b e w h i c hi s G e t T h i n n e rG a o H a n g L i a o X i a o c u i(S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a n d R e s o u r c e s ,S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y )A b s t r a c t :I n o r d e r t o f u l l y u n d e r s t a n d t h e i n f l u e n c e o n t h e e x p l o s i o n t r a n s f e r p e r f o r m a n c e o f d e t o n a -t i n g t u b e a f t e r i t s g e t t h i n n e r ,t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t u b e d i a m e t e r g e t t h i n n e r a n d d e t o n a t i o n p r o p a g a -t i o n r e l i a b i l i t y o f d e t o n a t i n g t u b e i s e x p l o r e d t h r o u g h t h e h i g h s p e e dp h o t o g r a p h y e x p e r i m e n t i s d o n e o n d e t o n a t i o n t r a n s m i s s i o n p r o c e s s o f d e t o n a t i n g t u b e w h i c h i s g e t t h i n n e r ,a n d t h e r e a s o n o f d e t o n a t i o n v e -l o c i t y c h a n g i n g o f d e t o n a t i n g t u b e i s a n a l y z e d b a s e d o n d e t o n a t i o n w a v e t r a n s m i s s i o n m e c h a n i s mo f d e t o -n a t i n g t u b e ,p r o v i d e r e a s o n a b l e s u g g e s t i o n f o r c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i o n o f i n i t i a t i o n s y s t e mo f d e t o n a t i n g t u b e .K e y w o r d s :E x p l o s i o n m e c h a n i c s ;D e t o n a t i o n t r a n s m i s s i o n p r o c e s s ;D y n a m i c t e s t ;H i g h s p e e dp h o -t o g r a p h y 1 引 言导爆管网路因施工方便、安全可靠,应用越来越广泛。
但是普通塑料导爆管的强度较低,现场施工常见因药包卡住或炮孔堵塞等原因而拉拽导爆管的现象,容易将导爆管拉细,从而影响导爆管传爆可靠性[1,2]。
利用高速摄影技术可以拍摄到导爆管的高速爆轰过程,能提供更为丰富的试验信息,以便对导爆管的传爆过程进行深入研究[3]。
2 试验设备器材及试验方法2.1 试验设备及器材(1)高速摄影机。
试验采用日本生产的U l t i m a A P X -R S 型数字式高速摄影机,运用P h o t r o n 领先的C M O S 传感器技术,可以达到同类产品中领先的高感光度;最快1μs 的电子快门,拍摄速度及分辨率高,在减低分辨率的情况下拍摄速度最高可以达到250000f p s ;支持A V I 、J P E G 、T I F F 、B M P 等多种存储影像格式[4]。
高速摄影系统主要由主机、安装专用软件的计算机、光源等部件组成。
拍摄后采集的图片信息暂存于高速摄影机中,通过计算机的专用软件对拍摄的图片信息进行储存。
(2)导爆管试样。
取3m 长的普通导爆管段,将其中间部分拉细,制成导爆管试样,如图1(a )所示。
由于普通塑料导爆管具有一定的弹性,拉细后放置2h ,待成型稳定后,用游标卡尺测量最细段外径与较细段外径。
将导爆管试样分为三组进行试验,见表1。
2.2 试验方法通过对拉细导爆管传爆过程进行高速摄影试验,观察导爆管管径拉细后的传爆可靠性;观测在传爆过程中爆轰波通过拉细段的速度变化特征,计算爆轰波在各相邻时段传播的平均速度,作出爆速与43时间之间的关系曲线(v -t 曲线)。
图1 拉细导爆管试样起爆前后对比图表1 拉细导爆管试样的参数试验编号拉细状态拉细段外径/m m1不均匀拉细,导爆管试样被拉细部位一端出现细颈状。
最细段:1.8较细段:1.8～2.32规则拉细,导爆管试样被拉细部位两端出现细颈段,中间段为较细状。
最细段:2.0较细段:2.1～2.53规则均匀拉细,导爆管被拉细部位直径较均匀,从两端正常段缓慢过渡到拉细段。
最细段:1.36 将待测导爆管试样固定在平直木板上,木板垂直地面放置,表面用黑布包裹,再粘贴附有刻度线的白纸作为标尺,以便观测导爆管中爆轰波的传播情况。
高速摄影机镜头正对导爆管,拍摄距离5m 。
导爆管爆轰时发出强光,拍摄导爆管爆轰时不需要光源,采用高效金属卤化灯作为调试高速摄影机的光源。
设备与器材布置见图2。
图2 试验布置图选择高速摄影的拍摄频率为30000f p s ,由笔记本电脑采集和显示拍摄图像信息。
导爆管传爆完毕后,保存拍摄图片于电脑上,记录各种拉细导爆管的传爆情况,最后对图片进行分析处理,计算爆速。
3 试验结果观察传爆后的导爆管试样发现,当管径减小不严重时,导爆管仍然能成功传爆,但细颈段出现了管壁裂口现象,破口处有明显的熏黑状,说明有爆轰产物从破口处泄漏;当管径减小严重时,断爆的导爆管在最细段有明显的裂口,爆轰终止。
爆后的导爆管如图1(b )、图1(c )所示,导爆管传爆可靠性试验结果见表2。
图3是试样一的高速摄影图片,显示出传爆过程中每个时刻爆轰波的图像,相邻图幅的时间间隔为1/30m s 。
由高速摄影图片可以看出,导爆管传爆到拉细的部位时,光区亮度有所减弱,爆速降低;通过管径拉细部位后,光区恢复正常亮度,爆轰波再次传爆到正常段,强度又达到了正常水平。
表2 管径拉细的导爆管传爆可靠性的试验结果试样编号试样一试样二试样三传爆情况成功传爆成功传爆断爆传爆后特征最细段被冲破出现裂口,裂口处有明显熏黑状细颈段一处被冲破出现裂口,裂口处有明显熏黑状拉细部位前端被爆断,断口裂开,有严重的熏黑现象图3 管径拉细导爆管传爆的高速摄影图片4 结果分析通过标尺,对爆轰波的传播过程进行数据处理。
设定所截取图片的第一幅为导爆管传爆过程的零时刻,测量爆轰波不同时刻距基准点的距离,计算相邻两幅图片间爆轰波阵面移动的相对位移■S ;根据设定的拍摄频率30000f p s ,确定每两幅图像的时间间隔;尔后计算出相邻时刻段的平均爆速,试验计算结果见表3。
表3 管径拉细导爆管传爆过程的爆速计算结果图号时刻t /m s 试验一■S /m m v /(m /s )试验二■S /m m v /(m/s )试验三■S /m m v /(m/s )10------21/3058.5177258.6177658.6177631/1558.5177258.6177658.3176641/1058.5177258.3176658.7177952/1558.9178555.3167658.5177261/658.6177654.6165457.9175471/558.5177257172753.5162087/3058.5177258.4177048.5146894/1551.8157058.51773--103/1056.8172158.91785--111/353.5162056.21703--1211/3058.8178253.91633--132/558.5177255.51682--1413/30--58.51773--157/15--58.21763-- 根据上表,作出导爆管传爆速度的变化曲线,见图4。
由表3与图4可以看出管径拉细内爆轰波传播的规律。
由于导爆管被拉长,管内每米药量减少,爆速也相应降低,在最细段爆速达到最低值,这会延长传爆时间,影响与之连接的雷管延期秒量,最终影响44总第490期 现代矿业 2010年2月第2期整个导爆管系统的起爆可靠性;因拉长变薄的管壁强度降低,当稳定的爆轰波传播到外径等于或小于2.0m m 的拉细处时,导爆管被冲破出现裂口,导致冲击波能量损失;导爆管拉细段直径很小时,管壁破口增多,破口尺寸增大,导爆管断爆;当爆轰波传过拉细部位后,能量会因正常段管壁炸药的反应而迅速得到补充,其速度逐渐回升,并恢复到正常稳定状态。
