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2018S-92-多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

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航空舱内烟气扩散数值仿真研究

航空舱内烟气扩散数值仿真研究

航空舱内烟气扩散数值仿真研究随着时代的进步和人们对旅游的需求越来越高，航空业的发展也趋于快速。

然而，随着烟草的流行，烟草制品也被带上了飞机。

虽然现在已经有不吸烟的航班，但是仍有许多人坚持着在航班上吸烟。

烟草带来的不仅仅是健康问题，还可能会对航空运营安全造成影响。

如何将烟气扩散在航空舱内的问题变成了一个需要考虑的问题。

考虑到难以在实验室或飞机上实际进行试验，数值仿真成为了解决该问题的可行方法。

1.数值模拟的基本原理和方法数值模拟是通过计算机技术对模型进行数字化表示，并对其内在运动进行计算的一种方法。

在航空领域，对烟气扩散进行数值模拟，需要考虑气流传输的基本变量、吸附剂物理化学性质、气体的传递过程、热传递和质量传递等因素。

基于以上因素，数值模拟的具体方法按照复杂性程度的不同可以分为以下几类：1）CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟方法。

该方法主要通过对流动流场的数值计算，来分析舱内的空气流动和烟气扩散特性。

在CFD中，将舱内空气流动视为复杂的流动场，对其进行离散化后通过求解Navier-Stokes方程得出舱内的空气流动特性。

2）统计模型方法。

该方法是基于对化学反应和热力学性质等方面的实验和观测结果进行统计模型的建立。

采用该方法可以在较高的精度下对航空舱内的烟气扩散情况进行模拟，同时也可以获得化学反应的相关数据。

3）热传递和传质模型。

该方法是基于热传递和传质现象的数学模型来解决烟气扩散问题。

通过使用数学方法对烟气扩散的物理现象进行数值求解，来克服烟气扩散实验的困难性。

该方法的优点主要在于可以对烟草烟雾扩散机理的深入理解。

2.航空舱内的烟气扩散源烟气扩散源是航空舱内烟气扩散问题的核心。

当实验中的气流不强或舱内气流受环境因素影响而不稳定时，烟气扩散源也会影响到实验结果。

要保证烟气扩散模拟有效，应对烟气扩散源进行实验测试、定量分析，同时对于模拟不同环境及使用情况下的大量测试需求时，可以采用一般合成方法，把如温度、湿度、自然对流等因素考虑进去并制成程序，可灵活选择模拟环境参数。

大加速度场中二维层流燃过程的数值模拟

大加速度场中二维层流燃过程的数值模拟
维普资讯
第 ８ （０２第 ３ 卷 ２０ ） 期 Ｊ ＵＲ Ｌ ＯＦＣ Ｏ ＮＡ 燃
烧
科
学
与
技
术
ＴＥＣ ＨＮ Ｏ ＬＯ Ｇ Ｙ Ｏ Ｍ ＢＵ Ｓ Ｉ Ｎ Ｓ ＥＮＣＥ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｏ ＣＩ

Ｖ 。 ．８（ Ｏ２ Ｎ 。．３ １ ２０ ）
大 加 速 度 场 中二 维 层 流 燃 烧 过 程 的数 值 模 拟
方 向 与 对 称 轴 方 向一 致 时 ， 速 度 场 强 度 和 进 口流 速 等 因素 对 燃 烧 过 程 的 速 度 场 、 度 场 及 燃 烧 稳 定 性 的影 响 。 加 温 模
拟 燃 料 为 Ｃ Ｈ。 空 气 ， 烧 室 壁 面 绝 热 。 算 结 果 表 明 ， 大 加 速 度 场 中 ， 焰 面 附 近 的 温 度 梯 度 所 产 生 的 “ 力 ” 。 和 燃 计 在 火 浮
Ｗ Ｕ ｉ — ｉｎ Ｊｎ ｘａ ｇ ，ＬＩ Ｌｉｎ ｓ ｅ ｇ ，Ｗ ＡＮ Ｇ － ｕ ，ＧＵＯ — ｉ ｇ Ｕ ａ －ｈ ｎ 。 Ｅｎ ｙ Ｙａ ｐｎ
（ ．Ｄｅ ｒ ｍ ｅ １ ｐａ ｔ ｎｔｏｆＴｈｅｒ ａｌＳｃ ｅ ｅ ａ ｄ ｎ ｒ ｍ ｉ ｎｃ ｎ Ｅ ｅ ｇｙ Ｅｎｇｉ ｅ ｉ ｇ 。 ｅ ｎｉ ｅ ｓｔ ｃ ｎｅ ｒ ｎ Ｈ ｂｅｉＵ ｖ ｒ ｉｙ ｏｆＴｅ ｈｎｏｌ ｏｇｙ，
吴 晋 湘 ，刘 联 胜。 ，王 恩 宇 ，郭 雅 萍
（ ．河 北 工 业 大 学 热 能 动 力 系 ， 津 ３ ０ ３ ； ．天 津 大 学 内 燃 机 燃 烧 学 国家 重 点 实 验 室 ， 津 ３ ０ ７ ） １ 天 ０１２ ２ 天 ０ ０ ２
摘
要 ： Ｓ ＭＰ Ｅ 方 法 ， 大 加 速 度 场 中 的 二 维 轴 对 称 预 混 层 流 燃 烧 过 程 进 行 了 数 值 模 拟 ， 析 了 当 加 速 度 场 用 Ｉ Ｌ Ｒ 对 分

PBX炸药二维冲击起爆机理的数值模拟

PBX炸药二维冲击起爆机理的数值模拟

PBX炸药二维冲击起爆机理的数值模拟
梁增友;黄风雷;张振宇;王辉
【期刊名称】《火炸药学报》
【年(卷),期】2008(031)005
【摘要】建立了基于KIM模型的一个化学反应速率方程模型,用于分析PBX起爆和爆轰行为的损伤作用.运用遗传算法确定了反应速率方程的相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果对比,验证了所建模型的合理性.将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX炸药二维冲击起爆过程进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以描述分析受冲击加载造成孔隙率、颗粒尺寸等变化的损伤炸药的冲击起爆过程.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】梁增友;黄风雷;张振宇;王辉
【作者单位】中北大学机电工程学院,山西,太原,0300051;北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081;国防科技大学理学院,湖南,长沙,410073;中北大学机电工程学院,山西,太原,0300051
【正文语种】中文
【中图分类】TJ55;TQ564
【相关文献】
1.PBX炸药细观结构冲击点火的二维数值模拟 [J], 刘群;陈朗;伍俊英;王晨
2.含铝炸药二维冲击起爆的爆轰数值模拟 [J], 丁刚毅;徐更光
3.PBX-9404炸药冲击起爆的一维数值模拟 [J], 曾代朋;张振宇
4.聚能射流冲击起爆屏蔽压装PBX炸药的试验研究 [J], 宋乙丹;陈科全;路中华;陈翔;陈红霞;李兴隆
5.孔隙度对PBX炸药冲击起爆影响的实验研究 [J], 刘海庆; 段卓平; 白志玲; 温丽晶; 欧卓成; 黄风雷
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储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

储罐内可燃气云爆炸压力数值模拟对比分析研究

全性问题，同时可 将 理 论 解 和 少 量 试 验 结 果 作 为 数值计算结果的验证 。 ［４～６］
常用确定容器内部爆炸载荷数值模拟方法主 要有两种：一种是 将 气 云 爆 炸 的 破 坏 作 用 等 效 为 ＴＮＴ爆炸 的 破 坏 作 用，即 为 ＴＮＴ当 量 法，通 过 模 拟炸药的 爆 炸 压 力 近 似 得 到 可 燃 气 云 的 爆 炸 载 荷；还有一种是基 于 流 体 动 力 学 和 化 学 反 应 动 力 学理 论，实 现 爆 炸 流 场 各 物 理 量 的 模 拟。 文 献 ［７］即 采 用 ＴＮＴ当 量 法，对 １０００ｍ３ 立 式 钢 储 罐 进行了数值模拟，探 讨 了 不 同 因 素 （浓 度、高 径 比 及流固耦 合 等 ）对 爆 炸 载 荷 的 影 响，分 析 了 爆 炸 冲击载荷下储罐的应力。 而 文 献 ［８］则 采 用 流 体 动力 学 （ＣＦＤ）方 法，基 于 Ｆｌｕｅｎｔ软 件 分 析 了 连 通 容器 内 气 体 爆 炸 流 场 中 温 度、压 力、速 度、密 度 和 燃烧速率随时间 的 变 化 规 律，较 为 清 晰 地 反 映 出 气体爆 炸 过 程。 ＴＮＴ当 量 法 和 计 算 流 体 动 力 学 （ＣＦＤ）方法都能 够 比 较 准 确 地 计 算 爆 炸 压 力，但
立式拱顶储罐在我国的大型油库和石油化工 企业得到了广泛 应 用，其 内 部 储 存 油 品 挥 发 出 的 可燃气体与空气 混 合 后，遇 点 火 源 极 易 引 发 爆 炸 事故 。 ［１～３］ 在我国 石 油 石 化 介 质 储 存 中，储 罐 已 逐 步 实 现 大 型 化 ，储 罐 容 量 越 大 ，意 味 着 单 个 储 罐 发生燃烧爆炸事 故 引 起 的 损 失 越 大，因 此 需 要 对 储罐安全性予以更多的重视。合理确定储罐内部 的燃爆载荷及其 变 化 规 律，对 于 减 少 爆 炸 事 故 的 发 生 、储 罐 的 设 计 、研 发 和 后 期 维 护 具 有 重 要 的 指 导意义。试验无疑是科学研究获取相关参数最直 接 有 效 的 方 式 ，但 由 于 爆 炸 具 有 很 强 的 破 坏 作 用 ， 如 果 完 全 通 过 试 验 来 获 取 数 据 ，花 费 巨 大 ，此 外 还 存在不可预测的 安 全 性 问 题。采 用 理 论 模 型 （经 验公式）可 以 直 接 获 得 最 大 超 压，但 过 度 的 简 化 往往使计算结果产生较大的偏差。数值计算为爆 炸问题的研究提 供 了 一 种 新 思 路，能 够 获 得 更 加 全 面 、足 够 精 确 的 计 算 结 果 ，花 费 较 小 又 不 涉 及 安

多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟
徐维铮;吴卫国
【期刊名称】《中国舰船研究》
【年(卷),期】2018(013)0z1
【摘要】[目的]为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,[方法]采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序.利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性.采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律.[结果]结果表明:增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程.[结论]研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导.【总页数】8页(P92-99)
【作者】徐维铮;吴卫国
【作者单位】武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学交通学院,湖北武汉430063;武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学交通学院,湖北武汉430063
【正文语种】中文
【中图分类】U674.7
【相关文献】
1.爆轰产物驱动飞片运动数值模拟 [J], 金柯;李平;吴强;金孝刚
2.进气总压对连续旋转爆轰发动机爆轰影响的二维数值模拟 [J], 李宝星;翁春生
3.爆轰产物驱动飞片运动数值模拟研究 [J], 金柯;李平;吴强;金孝刚
4.密闭多舱室内柱形气云爆炸过程二维数值模拟 [J], 徐维铮;吴卫国;况正
5.爆轰产物物态方程(Ⅰ)——爆热、爆轰产物的等熵方程和物态方程 [J], 李银成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

空间爆炸冲击波的数值模拟

空间爆炸冲击波的数值模拟

空间爆炸冲击波的数值模拟一：无限空间爆炸如图所示，半径为7.0cm的圆柱形TNT装药，质量为5.018Kg从炸药中心单点起爆后在无限空间中传播。

试分析起爆后冲击波的传播及压力分布特性。

二：建模分析1材料模型及参数设置本数值模拟采用的基本材料为TNT炸药，空气。

在无限空气领域中传播。

1）空气空气简化为无粘性理想气体，冲击波的膨胀假设为等熵绝热过程以LS_DYNA中的*MAT_NULL材料模型和线性多项式状态方程*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL方程来描述。

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL方程具体表达式为：式中C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6是与气体性质有关的常数，C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = C6 = 0, ;，、e0及分别为气体的初始密度、密度、初始单位体积内能和绝热指数。

空气材料的模型参数取值：=1.292910-3g/cm3, e0=2.5×105Pa,=1.4。

表 1 空气状态方程参数变量EOSID C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6数值 1 -1.0E-6 0.0 0.0 0.0 0.4 0.4 0.02) 炸药以LS_DYNA 中的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和*EOS_JWL方程模拟TNT炸药。

*EOS_JWL方程的表达式为：式中，P为压力，V为相对体积，即爆轰产物体积与炸药初始体积之比；E0为炸药的初始比内能，即单位体积内能。

A、B R1、和R2是与炸药性质有关的常数。

炸药模型的各参数取值：密度g/cm3, 爆速D=0.693cm/, 压力PCJ=0.27105MPa，A=3.74105MPa, B=0.0733105MPa,R1=4.15,R2=0.95,=0.3,0=0.07105MPa。

如下表：表2 炸药材料参数变量MID RO D PCJ BETA K G SIGY 数值 1.O 1.63 0.693 0.27 0.0 0.0 0.0 0.0表3 JWL方程参数变量EOSID A B R1 R2 OMEG E0 V数值 1 3.74 0.073 4.15 0.95 0.3 0.07 1.0由于LS_DYNA在爆炸分析中用的基本单位为-ｇ-的单位系统，故表1-3中各参数取值由m-㎏-s单位换算得到。

复杂多舱室内炸药爆炸爆轰产物运动二维数值模拟研究

复杂多舱室内炸药爆炸爆轰产物运动二维数值模拟研究
徐维铮;吴卫国
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2019(0)2
【摘要】为了研究复杂多舱室空间内炸药爆炸后爆轰产物运动规律,采用三阶WENO有限差分格式,通过耦合求解两组分可压缩欧拉方程,自主编写了多舱室内炸药爆炸过程二维数值计算程序。

利用平面激波绕射矩形台阶上的竖直平板实验与数值模拟纹影图进行了对比,图中不同时刻的波系结构和台阶、竖直平板处绕射形成的漩涡结构均证明了文中程序开发的可靠性和正确性。

采用验证的程序开展了复杂多舱室内炸药爆炸过程数值计算,探讨了复杂多舱室内炸药爆炸爆轰产物的传播路径及泄压口泄压对爆轰产物运动规律的影响。

研究表明:舱室泄压对复杂多舱室内爆轰产物运动的影响,在爆炸初期较小,在爆炸后期较大;爆炸舱室内部泄压能显著地降低相邻舱室超压载荷强度(40%左右),减弱爆炸对相邻舱室的毁伤效应。

本文的研究可为进一步探讨、考虑燃烧效应后爆轰产物扩张过程及爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。

【总页数】6页(P400-404)
【作者】徐维铮;吴卫国
【作者单位】武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室;武汉理工大学交通学院船舶
【正文语种】中文
【中图分类】U674.70;TQ560.1
【相关文献】
1.高能炸药非理想爆轰的二维数值模拟
2.高能炸药非理想爆轰的二维数值模拟
3.多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟
4.内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(二)——泄压空间
5.内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(一)——密闭空间
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开敞空间可燃气云爆燃场数值模拟

开敞空间可燃气云爆燃场数值模拟
罗正鸿;詹晓力;丁信伟;王淑兰;阳永荣
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2003(054)003
【摘要】通过在Euler能量守恒方程中加入一表示能量释放速率物理意义的"开关函数"得到了Euler坐标系中描述有限能量释放速率的二维可燃气云爆燃场的数学模型,给出了初值及边界条件的取法,并做了相关的模拟算例.模拟计算得出的爆燃时间-压力曲线与实验结果吻合很好.
【总页数】5页(P383-387)
【作者】罗正鸿;詹晓力;丁信伟;王淑兰;阳永荣
【作者单位】浙江大学化学工程与生物工程学系,浙江,杭州,310027;浙江大学化学工程与生物工程学系,浙江,杭州,310027;大连理工大学化工学院,辽宁,大连,116012;大连理工大学化工学院,辽宁,大连,116012;浙江大学化学工程与生物工程学系,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TQ016;X928.7
【相关文献】
1.小气量开敞空间可燃气云爆燃实验 [J], 罗正鸿;詹晓力;丁信伟;王淑兰;阳永荣
2.基于小扰动波理论的开敞空间可燃气云爆燃研究 [J], 罗正鸿;詹晓力;丁信伟;王淑兰;阳永荣
3.可燃气体云爆燃场数值模拟 [J], 丁信伟;李志义
4.开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究 [J], 党福辉;董呈杰;孙旭红
5.有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟 [J], 陈文瑛;柴建设
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核爆炸冲击波与爆炸产物相互作用的二维数值模拟

中图分 类号 ： Ｔ １ Ｌ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ５－９ ４ ２ １） ３０ ４－６ ２ ８０ ３ （０ ０ ０ －６２０
在核武器的爆炸过程 中， 核爆炸主冲击波
展研究 ， 对理解爆炸产物 的上升和发展规律具
的背面将形成由稀疏波和次级 冲击波组成的波
系结构［ ， １ 爆炸气体产物的压力 、 ］ 密度和温度等 参数在该波系结构的作用下将发生改变［ ； ］另
界面 出现不规则和涡结构 ， 即爆 炸产物呈现非同一性； 另一方面 ， 地面反射 冲击波将穿越 诱导波系 ， 挤 并
压爆炸产物的下表 面， 物的形状 和参 数发生改变 ， 而加速 爆炸产物的浮力上 升过程并增大其最 大 使产 从 上升高度 ， 继而扩大了放射 性烟云的扩散范围。 关键词 ： 核爆炸放射性烟云 ； 核爆炸 冲击波 ； Ｎ ＷＥ Ｏ格式 ； 产物 ｝ ； 爆炸 火球 真实气体效应
汪 林 ， 毅 陈 琳 程先友 郑 ， ，
（． １防化研究院 ， 京 １２０ ；． 北 ０２５２海军核化安全研究所 ， 北京 １０７ ） ００７
摘要 ： 核爆炸 冲击波与爆炸产物的相互作用 过程是影响放射性烟云扩散 程度 的重 要因素 。为 了阐
明二者相互作用的物理图景 ， 采用 Ｔ Ｄ保持性 质的 Ｒ ｎｅ ｕｔ离散 和 ＷＥ Ｏ格式 对核爆炸 冲击波 Ｖ ｕ ｇ－ ｔ Ｋ ａ Ｎ 在真实气体中的传播 过程进行 了计算 ， 并分析 了其诱 导波 系和反 射波系 与爆炸 产物 的相互 作用规律 。 计算结果表明 ， 在诱导波系的压缩和稀疏作用下 ， 爆炸产 物的压力 和密度值 呈高低 相间分 布 ， 物的下 产
Ｑ （一 Ｅ） （一 Ｆ Ｓ１ ＋ Ｅ 壶 ＋Ｆ 责 一 （ ） ）

不同大气环境下爆炸烟云运动的二维数值计算

解。
边 界条 件 ： 矩 形空 间上 下 边界 为无 滑移 边界 ； 矩形 空 间两 侧边 界 为周 期性 边界 条件 。 计算 结 果如 图 ２所示 。
１２ 计 算模 型 的验 证 ．
用 Ｒ ｙｅ ｈＴ ｙｏ 不稳 定 问 题 进 行 数值 验 ａｌｉ —ａｌ ｇ ｒ
证， 并将 结果 与其 它 公开 发表 的结 果进 行 比较 ，
程 可写 为 ：
理试验Ｌ 】 剖和数值计算 两种途径 ， 由于受试
验条件 、 适用 范 围 、 重复 性 等条 件 的限 制 ， 可 对
烟 云的研究趋 向于数 值计算 方 面。前人 的研究
重 点 在 于均 一 大 气 条 件 烟 云 的运 动或 者 采 用 Ｂ ｕｓ ｅｑ近似模 型 … 进行 讨 论 。均 一 大气 条 ｏ ｓ ｎｓ ｉ 件与真 实 大气 的 分 层 特 征 不 符 ， Ｂ ｕｓ ｅｑ 而 ｏ ｓｉ ｓ ｎ 近似模型较适 用 于浅 对 流运 动 Ｊ 与核 爆 烟 云 ， 的深对 流 运 动 特 征 有 一定 差 异 。本 文 采 用 不可压 缩模 型从数 值计 算 的角 度对 烟云在 标准 大气 和均 一大气 下 的运动 进行 了讨论 ， 出两 指 者 的异 同点 ， 为研 究 核爆 携 带放 射 性粒 子 的烟 云在真 实大气 中的运 动提供基 础 。
向量 之 和 ， ： ７ ＋ 即 ： ７
７ ０。 ７
合 项 目（０ ７ １０ 和 （０ ７ Ａ ６ ４ ８ 资 助 。 １６ ６ ２ ） ２０ Ａ ０ Ａ ０ ） 作 者简 介 ： 晓 丽 （ ９０ ） 女 ． 东人 ， 士 研 究 生 ， 李 １８ 一 ， 山 博
研究方向 ： 核爆 效应 现 象 学 。
云的运动过程 进行 了数值计算研究 ， 并通过元粘不可压缩流体二维 Ｒ ｙ ｉ —ａｌｒ ａｌｇ Ｔｙｏ 不稳定性问题对程序 ｅｈ 进行 了数值验证 ； 通过 比较烟 云在均一和标准分层大气条件下 的运动 ， 得出大气 分层对 爆炸烟 云运动 的 影响主要体现在烟云上升高度上 的结论 ， 为进一步研究爆炸烟云 的运动提供了参考 。
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多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟
2 2 徐维铮 1， ， 吴卫国 1，
1 武汉理工大学 高性能舰船技术教育部重点实验室， 湖北 武汉 430063 2 武汉理工大学 交通学院， 湖北 武汉 430063
摘
式， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程， 自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计
第 13 卷 增刊 1 2018 年 12 月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal Ship Research 中 国 舰 of 船 研 究
Vol.13 Supp 1 Dec. 2018 第 13 卷
引用格式： 徐维铮， 吴卫国 . 多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟 ［J］ . 中国舰船研究， 2018， 13 （增刊 1） ： 92-99. XU W Z， WU W G. A two-dimensional numerical simulation on dynamic motion of detonation products generated by gas cloud explosion inside the multi-cabin ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2018， 13 （Supp 1） ： 92-99.
势， 基 于 Fortran 平 台 ， 采 用 五 阶 WENO 有 限 差 分
鉴于 WENO 格式具有精度高、 稳定性好的优
93
格式， 本文拟自主开发多舱室内气云爆炸过程的 二维数值计算程序， 开展几种典型爆炸工况下爆 轰产物的运动规律研究。
1
控制方程
为了计算气云爆轰产物的运动规律， 对爆轰
产物质量分数输运方程与无黏性可压缩欧拉方程 进行耦合求解。考虑到爆轰产物与周围空气燃烧 过程的复杂性， 本文不考虑多组分的复杂燃烧化 学反应以及热传导、 热辐射等效应。针对后燃烧 增强效应， 提出采用简化的反应率模型［14］进行近 似， 初步探讨后燃烧效应对爆轰产物在周围空气 中扩张过程的影响。方程的具体形式如下： ¶U + ¶E x + ¶F = S （1） ¶t ¶x ¶y 其中，
Abstract： ［Objectives］In order to study on the dynamic motion of detonation products generated by gas cloud explosion inside the multi-cabin， ［Methods］ the fifth-order WENO finite difference scheme is adopted to solve the coupling of mass fraction transport equation and compressible Euler equation for the detonation products，and then a two-dimensional numerical simulation program for the gas cloud explosion in the multi-cabin is developed successfully. The reliability and correctness of this numerical simulation program is verified by virtue of the plane shock diffraction rectangular step test，after which the verified program is used to carry out the numerical simulation of the gas cloud explosion under different explosion conditions， so as to explore the influence of venting hole and afterburning energy on the dynamic motion process of the detonation products during the explosion inside the multi-cabin.［Results］The results show that increasing the size of the venting hole can accelerate the emission process of the detonation products； increasing the reaction rate constant can accelerate the expansion of the detonation products to the adjacent cabin.［Conclusions］This study can provide a reference and guidance for further exploring the expansion process of the detonation products generated by the complex multi-component combustion and the evaluation of the explosion fireball damage. Key words：gas cloud explosion in multi-cabin；blast wave；fifth-order WENO scheme；numerical simulation； detonation products
（2）
（3） （4）
舱焊补过程中， 电火花点然了舱室内部的可燃蒸 汽， 引起强烈爆炸， 并殃及泵舱和货油舱发生连续
式中：ρ 为密度； u v 为 x y 方向上的速度分量；
p 为流体压力；E 为单位体积流体的总能量； e为
比内能；λ 为爆轰产物的质量分数； α 为可燃气云
a 为反 的反应率 （初始 α = 1 ， 反应完成后 α = 0 ） ；
文献标志码： A DOI： 10.19693/j.issn.1673-3185. 01186
A two-dimensional numerical simulation on dynamic motion of detonation products generated by gas cloud explosion inside the multi-cabin
要： ［目的］为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律， ［方法］采用五阶 WENO 有限差分格
算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆 炸工况气云爆炸过程数值计算， 探讨多舱室内爆炸过程中泄压、 后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规 律。 ［结果］结果表明： 增大泄压口尺寸， 可加剧爆轰产物泄出过程； 增大反应速率常数， 可加速爆轰产物向相邻 舱室的扩张过程。 ［结论］研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供 一定的参考和指导。 中图分类号 ： U674.7 关键词 ： 多舱室内气云爆炸； 爆炸波； 五阶 WENO 格式； 数值计算； 爆轰产物
基 金 项 目 ：国 家 部 委 基 金 资 助 项 目 ； 国家自然科学基金资助项目 （51409202） ； 中央高校基本科研业务费专项资金资助 作者简介： 徐维铮 （通信作者） ， 男， 1991 年生， 博士生。研究方向： 爆炸波数值计算方法及程序开发研究。 吴卫国， 男， 1960 年生， 教授， 博士生导师。研究方向： 结构动力学， 舰艇抗爆抗冲击。 （2016-YB-016） 收稿日期： 2018 - 01 - 29 网络首发时间： 2018-11-28 16:10
æ ρu ö æ ρv ö æ ρö ç ρu 2 + p ÷ ç ρvu ÷ ç ÷ ç ρu ÷ ç ÷ ç 2 ÷ ç ρv ÷ ÷ ç ρuv ÷ ρv + p ÷ ç ç U=ç çE÷ ÷ E x = ç u( E + p) ÷ F = ç v ( E + p) ÷ ç ç ρλ ÷ ÷ ç ρuλ ÷ ç ρvλ ÷ ç ç ÷ ÷ ç ÷ ç ÷ è ρα ø è ρuα ø è ρvα ø 0 æ ö ç ÷ 0 ç ÷ ç ÷ 0 ç ÷ 1 1 ç ÷ ç S = ρaα 2 p 6 Q ÷ ç af ÷ ç ÷ ç ÷ 0 ç ÷ 1 ÷ 1 ç ç ÷ 2 6 è ρaα p ø E = ρe + 1 ρu 2 + 1 ρv 2 2 2 p = ( γ - 1) ρe
2 2 XU Weizheng1， ， WU Weiguo1， 1 Key Laboratory of High Performance Ship Technology of Ministry of Education， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China 2 School of Transportation， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China
增刊 1
徐维铮等： 多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟
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引
言
工业可燃性气云爆炸事故大多由弱点火点燃 可燃气体引起， 以亚音速传播的爆燃波为主。爆 燃波的传播过程复杂， 受环境条件和物理因素 （爆 燃转爆轰物理机制） 的影响极大。在传播过程中， 气体由于障碍物阻碍发生湍流加强效应或是在初 始时刻直接起爆， 其爆炸模式将由爆燃转为爆轰 或直接以爆轰模式发生爆炸。发生爆轰以后， 气 体将在空气中形成强度较大的带有负压区的空气 冲击波， 对工作人员和周边结构设施将造成较大 的危害。针对空中可燃气云和云雾爆炸模拟， 近 年来一些学者进行了相应的数值研究［1-4］， 他们将 可燃气云、 云雾简化为高压气体， 通过数值模拟， 研究了近地面气云爆炸波反射和气云相互作用的 过程。针对管道和单一舱室内部气云爆炸过程， 文献 ［5-10］ 进行了一系列的试验和数值仿真研 爆炸冲击波载荷及传播过程， 较少关注爆炸后爆 轰产物的运动规律。在实际爆炸过程中， 由于爆 轰产物处于高温、 高压状态， 且具有易燃性， 极易 与周围空气中的氧气发生剧烈的化学反应并释放 能量， 进一步增加冲击波的强度或形成高温场和 极强的热辐射。对于多舱室空间， 爆轰产物还将 扩展到其他舱室内部， 进一步扩大毁伤范围。尤 其是在船舶这种典型多域连通空间内非常容易发 生火灾， 而且一旦发生气云爆炸， 轻者货损， 重者 伤人， 甚至导致船舶全损。例如， 1967 年 7 月， 美 国“福莱斯特” 号航母发生火灾爆炸， 造成 134 人 死亡、 62 人受伤、 26 架飞机烧毁， 舰体的 10 层甲 板有 6 层损坏； 1982 年 5 月， “ 大庆 53” 号油轮在机 爆炸， 造成全船沉没， 造成 20 人死亡， 直接经济损 失 达 1 400 万 元 ， 并导致严重的海洋污染。鉴于 爆轰产物的运动规律及后燃烧能量加入的影响。 爆炸属于强间断问题， 其数值模拟对激波捕 捉格式提出了较高的要求。 1994 年， Liu 等［11］提出 了加权本质无振荡 （Weighted Essentially Non-os⁃ NO 格式作为一种典型的高精度激波捕捉格式， 对 此， 有必要探讨和研究多舱室空间内气云爆炸后 究。然而， 这些研究主要集中在气云爆轰形成的