不同長徑比柱形炸藥水下爆炸氣泡動力學行為特性

劉元凱,秦 健,,,遲 卉,孟祥堯,文彥博,黃瑞源

(1.南京理工大學 瞬態物理國家重點實驗室,江蘇 南京 210094;2.海軍研究院,北京 100161;3.防化研究院,北京 102205;4.福州大學 土木工程學院,福建 福州 350116)

引 言

水下爆炸的氣泡演變是一個復雜的過程,在水下武器的實際應用中,爆炸所產生的沖擊波、氣泡脈動以及水射流都承載著一定的毀傷效果[1-5]。近代以來圍繞水下爆炸開展了諸多理論[6-7]與實驗研究[8-10],同時隨著計算機技術的發展,數值模擬在水下爆炸領域有著重要作用[11-14],幫助解決許多依靠實驗難以觀察與解決的問題,從而推動水下武器的發展。

許多水下武器因結構等的需求,采用柱形裝藥的方式,而柱形裝藥的長徑比不同也會影響爆炸氣泡的演化過程以及爆炸載荷。Zhang等[15]通過LS-DYNA數值模擬水下爆炸氣泡現象,并與實驗對比,討論不同長徑比炸藥在不同邊界條件水下爆炸的氣泡動力學行為差異。馬騰等[16]利用AUTODYN軟件建立二維軸對稱模型,開展長徑比為1∶2到10∶1的柱形TNT炸藥在無限水域的爆炸數值模擬,分析不同長徑比對沖擊波壓力分布以及傳播方向的影響,得到當長徑比大于1∶1時,炸藥軸向沖擊波壓力衰減速率大于徑向衰減速率,沖擊波壓力隨著方向角增大而增大等結論。劉磊等[17]利用AUTODYN軟件分析長徑比對遠場壓力峰值分布的影響,結果表明隨著長徑比的增大,裝藥形狀對于沖擊波的影響可以傳遞到更遠的距離。對于柱形裝藥爆炸后形成的水射流,黃超等[18]利用實驗得出柱形裝藥TNT爆炸后產生的水射流存在形態差異,并通過實驗現象觀察出當藥柱水平放置引爆時會產生不對稱的水射流。針對板下氣泡的動力學行為研究,Chen等[19]通過高速攝像捕捉板下氣泡演化圖像,結合數值模擬分析了水下爆炸氣泡對剛性壁面的壓力作用及機理。目前對于使用數值模擬討論長徑比對板下氣泡動力學行為影響的研究較少,且上述研究多從實驗角度觀測不同長徑比柱形裝藥水下爆炸所產生的氣泡行為與射流現象,難以得到射流的清晰圖像以及數據。

本研究利用ABAQUS有限元軟件建立三維模型,對不同長徑比的炸藥近場水下爆炸氣泡動力學行為進行數值模擬,得到爆炸氣泡演化圖像、射流圖像以及載荷信息。通過相應實驗證明數值模擬的可行性。最后通過系列仿真研究炸藥在不同的起爆狀態下,長徑比對爆炸氣泡動力學行為的影響。結合數值模擬以及實驗,系統討論了不同長徑比炸藥在不同初始擺放條件以及起爆方式下的氣泡動力學行為,從氣泡以及射流圖像反映長徑比對于爆炸氣泡的影響。

1 數值模型的建立

1.1 模型設置

采用ABAQUS軟件的CEL算法對固支方板下的水下爆炸進行數值模擬。使用歐拉域劃分材料體積分數的方法進行建模。將水、空氣以及炸藥材料賦予歐拉網格,而板結構采用拉格朗日網格進行定義?？傮w模型圓柱形炸藥豎直爆炸的工況采用1/4建模,水平裝藥因為考慮到起爆點選取問題所以采用1/2建模,物理建模如圖1所示。

圖1 1/4模型和1/2模型的設置Fig.1 Settings of the quarter model and the half model

模型總體歐拉域為1m×1m×2.2m的長方體,上方1m×1m×0.85m長方體為空氣區域,水域為下方1m×1m×1.35m區域。爆距采取炸藥中心到板底的距離。

因整體歐拉區域較大所以劃分網格采用局部加密以及漸變網格劃分方法,最密的網格部分集中在炸藥中心位置,確保炸藥當量的準確性以及壓力數據的準確,如圖2所示。其中加密區域網格為3mm,過渡區域網格由3mm逐漸增至40mm。歐拉域的網格類型為EC3D8R,板的網格類型為S4R。其中1/4模型網格總數約為250萬,1/2模型網格總數約為502萬。

圖2 模型網格加密方式Fig.2 The encrypted method of models′ meshes

模型的各項邊界條件設定為,對稱面設置為對稱邊界條件。模型頂部壓力設為一個標準大氣壓,底部設置為標準大氣壓加上相應水深的壓力。模型側面水的區域壓力設置為標準大氣壓加上梯度水壓。并對側面區域統一設置為無反射邊界。板的中心參考點設置為固定,因為板面的剛性特性,所以板保持固定狀態。針對模型整體區域設置環境溫度15℃,以及重力常數9.8N/kg。設置炸藥的起爆點為原點,以移動整體模型來模擬不同起爆點爆炸后的氣泡動力學行為特征。數值模擬采用通用接觸算法,物質之間切向無摩擦力,法向接觸方式為硬接觸。

1.2 材料參數

ABAQUS軟件的CEL算法經常用于求解流固耦合問題。拉格朗日網格用于描述模擬固體結構的形變,歐拉網格滿足材料在單元之間的流動,所以對于求解水下爆炸流固耦合問題有著重要的應用價值。

1.2.1 爆炸產物方程

ABAQUS對于水下爆炸爆轟產物利用JWL狀態方程進行描述[20]。JWL狀態方程為壓力關于密度以及熱力學能的函數,其具體形式如下:

(1)

式中:p為爆炸產物壓力;η為相對密度,η=ρ/ρ0;ρ為水的密度;ρ0為TNT理論密度;e為TNT比內能;A、B、ω、R1、R2為常數。在模型建立中設置A=373.77GPa,B=3.7471GPa,R1=4.15,R2=0.9,ω=0.35,e=3.8×106J/kg,ρ0=1630kg/m3。

1.2.2 理想氣體方程

對于爆炸環境中的空氣利用理想氣體方程進行定義,理想氣體方程形式為:

p+pA=ρR(θ-θZ)

(2)

式中:pA為環境壓力;ρ為空氣密度;R為氣體常數;θ為環境溫度,θZ為絕對零度所對應的溫度。此外還要設置空氣的比熱c。相關參數見表1。

表1 理想氣體方程參數Table 1 Parameters of the ideal gas equation

1.2.3 水的狀態方程

水域部分材料使用ABAQUS軟件提供的Us—Up狀態方程進行設置。Us—Up狀態方程假設流體不可壓縮且密度較小。參考Mie-Grüneisen狀態方程形式為:

p-pH=Γρ(Em-EH)

(3)

式中:p為壓縮材料壓力;pH為Hugoniot壓力;Em為比熱力學能;EH為Hugoniot內能;Г為Mie-Grüneisen系數,滿足Гρ=Г0ρ0,Г0為絕對零度時的Mie-Grüneisen系數,ρ0為參考密度。

由Hugoniot關系,可得EH與pH之間的關系為:

(4)

其中η=1-ρ0/ρ。

Hugoniot壓力pH為:

(5)

根據Us—Up狀態方程,沖擊波速度Us和粒子速度Up的關系式可以表示為:

Us=c0+suP

(6)

同時根據ρ(Us-Up)=ρ0Us,可將Mie-Grüneisen方程寫為:

(7)

式中:c0為聲速;ρ0為水的密度;s為材料相關系數;Г0為Mie-Grüneisen系數。各項參數設置見表2。

表2 Mie-Grüneisen方程參數Table 2 Parameters of the Mie-Grüneisen equation

2 數值模型的驗證

2.1 實驗設置

為驗證數值模擬的準確性,開展固支方板下不同長徑比炸藥的水下爆炸實驗。實驗在江蘇永豐機械有限公司的2m×2m×2m的水箱中展開。圖3為實驗示意圖,固支方板爆炸實驗將炸藥固定在板下相應爆距引爆。爆炸中心水平位置相應距離懸有水下傳感器,在炸藥中心正上方板的位置固定有壁壓傳感器來記載沖擊波及氣泡脈動所引起的壓力信號。利用Phantom高速攝像機記錄氣泡演變圖像。

為了研究不同長徑比炸藥近場水下爆炸的氣泡演化規律以及載荷特性,開展了長徑比為1∶1和2∶1的2.5g柱形TNT在板底起爆的水下爆炸實驗。炸藥采用豎直放置的方法,起爆點為炸藥底部。

實驗所采用的固支方板尺寸為70cm×70cm,厚度為1cm,焊接在底部鋼架上,底部鋼架全部采用實心鋼材,支架由4根直徑2cm實心鋼柱以及4塊20cm×20cm×0.5cm底板組成,盡可能使結構在爆炸過程中不會產生明顯形變以及劇烈晃動,更加貼近數值模擬模型對于固支方板設定的剛性條件。

2.2 實驗與模擬結果對比

圖4是長徑比為1∶1與2∶1的炸藥板下爆炸實驗與數值模擬的氣泡演化圖像對比。實驗圖像為Phantom高速攝影機記錄影像,數值模擬結果采用爆炸產物邊界顯示。由圖4可知,長徑比為1∶1的炸藥實驗圖像在約20.31ms時氣泡膨脹到最大半徑,數值模擬氣泡在約20.18ms時膨脹到最大半徑,相差0.13ms;長徑比為2∶1的炸藥水下爆炸實驗圖像顯示氣泡在約21.88ms膨脹到最大半徑,數值模擬結果為約20.82ms時氣泡膨脹到最大半徑,相差1.06ms。實驗與數值模擬的氣泡均反映出氣泡在爆炸之后的膨脹過程,以及膨脹到一定尺寸后受到Bjerknes力影響而產生的氣泡被板面吸引的現象。實驗與數值模擬的氣泡在動力學行為上保持著高度的一致性。兩種長徑比的炸藥爆炸產生的氣泡膨脹與收縮現象、周期數值模擬結果都與實驗吻合。將實驗與數值模擬的氣泡演化圖像進行對比可得,關于氣泡演化圖像,數值模擬具有較好的準確性。

圖4 不同長徑比炸藥實驗與數值模擬氣泡圖像對比Fig.4 Comparison of test and numerical simulation bubble images with different length-diameter ratio

圖5為實驗與數值模擬氣泡半徑隨時間變化的對比圖。

圖5 不同長徑比下實驗與模擬氣泡半徑對比Fig.5 Bubble radius comparison of experiment and numerical simulation under different L/D

由圖5(a)可得長徑比為1∶1的炸藥在板下爆炸后,實驗氣泡最大半徑為22.1cm,模擬所得氣泡最大半徑為21.3cm,相差0.8cm,誤差約3.62%;實驗氣泡膨脹到最大半徑用時約20.31ms,模擬氣泡膨脹到最大半徑用時約20.18ms,相差0.13ms。由圖5(b)長徑比為2∶1的炸藥在板下爆炸后,實驗測得氣泡最大半徑約為22.8cm,模擬結果氣泡最大半徑為21.7cm,相差1.1cm;實驗氣泡膨脹到最大半徑用時約21.88ms,模擬氣泡膨脹到最大半徑用時約20.82ms,相差1.06ms。即數值模擬可以較好地模擬出氣泡的真實半徑與周期。

圖6是15cm爆距、長徑比為1∶1的炸藥在水下爆炸實驗與模擬的板下壓力時程曲線對比。其中實驗測得沖擊波壓力峰值為81.21MPa,數值模擬測得沖擊波壓力峰值為75.57MPa,相差5.64MPa,誤差約為6.94%。實驗測得板下氣泡脈動水射流階段所受壓力峰值為20.46MPa,數值模擬測得結果約為22.67MPa,相差2.61MPa。實驗所得曲線氣泡脈動水射流階段峰值產生時間為40.07ms,數值模擬測得氣泡脈動水射流階段峰值產生時間為38.45ms,相差約1.62ms。數值模擬結果與實驗基本一致,說明了數值模擬的準確性。

圖6 長徑比1∶1的炸藥板下壓力實驗與數值模擬對比Fig.6 Comparison of test and numerical simulation pressure curves with L/D of 1∶1

結構在爆炸后先受到沖擊波的沖擊,即壓力時程曲線圖第一個峰值,隨后結構受到氣泡膨脹作用的影響,如圖4(a)實驗圖像0ms到20.31ms,隨后因氣泡內部壓力小于外部壓力,所以氣泡開始收縮,對結構產生吸力,在收縮到一定程度后,在氣泡底部形成豎直向上的水射流,對結構造成沖擊,同時伴隨氣泡脈動的影響,在壓力時程曲線上產生第二次波峰,如圖6中40ms左右傳感器記錄的壓力數據。

2.3 網格敏感性驗證

圖7是不同尺寸網格下長徑比1∶1的炸藥距板下15cm起爆后在板下壓力單元數值模擬結果。當加密區域網格為6mm時,模擬結果誤差太大不具有參考價值。當加密區域網格尺寸為3mm時,沖擊波峰值為75.57MPa;當進一步細化加密網格到2mm后,數值模擬結果得到沖擊波峰值為68.31MPa,相差約7.26MPa,3mm網格數值模擬結果更接近實驗值,進一步加密網格不會對數值模擬結果與實驗擬合顯著提升。結合圖4,3mm網格模型計算的氣泡在形態演化上具有較好的收斂性。加密網格到2mm后網格數量將是原網格數的3倍,計算周期較大延長,由原先的單個算例48h的計算周期延長到單個算例需要120h以上,所以加密區域網格尺寸選擇為3mm。

圖7 3種網格大小下沖擊波峰值對比Fig.7 Comparison of shock wave peaks at three grid sizes

3 炸藥豎直擺放爆炸氣泡演化過程模擬

根據模擬工況建立方法,對不同長徑比炸藥豎直起爆展開系列模擬。當炸藥長徑比不同時,爆炸產生的氣泡初始形態也不相同。由于固支方板對于氣泡有Bjerknes效應的影響,氣泡初始形態有可能會與Bjerknes效應對氣泡共同影響,從而使得氣泡產生不同的動力學行為,所以對于不同長徑比的炸藥水下爆炸動力學行為研究要分為豎直裝藥與水平裝藥進行討論。

3.1 起爆點相同

當炸藥初始擺放方式為豎直擺放時,主要有3種不同的起爆方式,分別為:底部起爆、中間起爆和頂端起爆。實驗所采用的起爆方式為底部起爆,所以針對長徑比為5∶1、10∶1、20∶1的3種柱形炸藥首先都采取底部起爆的方式進行數值模擬。

圖8是長徑比為5∶1、10∶1和20∶1的炸藥在板下15cm起爆點同為底部時的爆炸圖像。當炸藥為豎直裝藥時,3種長徑比的炸藥起爆點同為底部起爆時,爆炸后形成的氣泡在0.20ms時有顯著的形狀區別,隨著氣泡的演化這種區別會越來越小,在6.32ms時氣泡形狀差別已經很小,隨后氣泡膨脹為近乎相同的形狀。氣泡在受到板的Bjerknes力與浮力的影響而產生顯著形變之前就已經膨脹至相同形狀,所以長徑比對于氣泡后期的演化造成的影響較小。即當長徑比為20∶1以下的炸藥為豎直裝藥時,長徑比對于爆炸氣泡形態的影響主要集中在炸藥膨脹初期短時間內的形態上,經過膨脹氣泡迅速成為同樣的形態,并不對后續氣泡演化造成明顯影響。

圖8 不同長徑比炸藥在板下15cm爆炸氣泡圖像Fig.8 Bubble images of different L/D explosives exploding 15cm below the plate

圖9是爆距為15cm時,長徑比5∶1、10∶1與20∶1的炸藥底部起爆板下爆炸的射流圖像,以速度為變量繪制氣泡內部速度云圖。射流速度云圖的速度單位均為m/s。由圖9可知當炸藥初始擺放方式為豎直放置時,3種長徑比的炸藥在相同起爆方式下,爆炸氣泡產生的射流在形成時間、形態上無明顯區別。

圖9 不同長徑比的炸藥在板下15cm爆炸形成的射流圖像Fig.9 Water jet images of explosives at different L/D exploding 15cm below the plate

圖10是射流頂端速度隨時間的變化曲線。由圖10可得3種長徑比炸藥爆炸后形成的射流最大速度相似,長徑比為5∶1的炸藥爆炸產生的水射流在達到最大速度后更快地衰減,衰減后射流速度略低于另外兩種長徑比炸藥爆炸產生的射流速度。

圖10 射流速度曲線Fig.10 Water jet velocity graph

當炸藥豎直擺放時,爆炸形成的射流呈現出底部較粗頂部較細的特征,在高度一定的情況下,射流平均寬度取與射流截面積相等的等高長方形邊長d,見圖11。

圖11 射流平均寬度示意圖Fig.11 Schematic diagram of the average width of the water jet

圖12是豎直擺放的不同長徑比炸藥爆炸后形成射流的平均寬度隨時間變化的曲線,可以看出3種長徑比炸藥爆炸后所形成的射流不論是平均寬度還是射流寬度增長速度都相近,結合射流速度云圖可得3種長徑比炸藥豎直擺放爆炸后形成的射流形態與演化過程相似。

圖12 射流平均寬度對比Fig.12 Comparison of average width of water jet

3.2 起爆點不同

圖13分別為長徑比20∶1的炸藥底部起爆、中間起爆、頂端起爆3種不同起爆方式下的氣泡圖像。同一長徑比的炸藥在3種起爆方式下產生的氣泡都在爆炸初期呈現一定的豎長特性,隨著演化過程逐漸統一為橢圓形,氣泡都在18ms左右膨脹到最大半徑,所以氣泡的演化過程、形態以及周期上都無明顯差別。圖14是長徑比為20∶1的炸藥3種不同起爆方式下的射流圖像。3種氣泡射流形成時間都在37ms左右,且射流形態相似。得出炸藥初始擺放方式為豎直擺放且長徑比固定時,起爆位置對氣泡動力學行為不產生顯著影響。

圖13 長徑比20∶1的炸藥不同起爆位置爆炸氣泡圖像Fig.13 Bubble images of explosives with a L/D of 20∶1 at different detonation positions

圖14 長徑比20∶1的炸藥不同位置起爆水射流圖像Fig.14 Water jet images of explosives with a L/D of 20∶1 at different detonation positions

圖15是不同起爆點引爆炸藥所產生的射流速度時程曲線。由圖15可以看出,3種起爆點射流形成的時間接近。起爆點位于炸藥上端中心點時射流速度最大,最大速度可達到233.7m/s;其次是起爆點位于炸藥下端中心點,最大速度為215.5m/s;當起爆點位于炸藥中心時射流速度最小,最大速度為181.4m/s。即起爆點雖然對射流形態無明顯影響,但會影響射流速度。

圖15 不同起爆點的射流速度曲線Fig.15 Water jet velocity curves at different detonation point

4 炸藥水平擺放爆炸氣泡演化過程模擬

4.1 起爆點為炸藥端部中心

圖16為長徑比20∶1的炸藥水平裝藥且起爆點為炸藥端部的中心位置時,爆距15、20、25cm下的氣泡演化圖像。由于起爆位置處于炸藥一側,所以氣泡在膨脹過程中形態保持著一定的不對稱。當氣泡膨脹到一定尺寸后,因受到板面Bjerknes效應的影響,氣泡受到板的作用被拉長,同時進行氣泡的收縮過程。

圖16 長徑比20∶1的炸藥在板下不同距離的爆炸氣泡圖像Fig.16 Bubble images of explosives with a L/D of 20∶1 at different distances under the board

圖17為爆距25cm時,長徑比為5∶1、10∶1、20∶1的3種炸藥爆炸氣泡水射流階段的演化圖像。圖像為以速度為變量繪制的氣泡內部速度云圖。由圖17可以看出,當長徑比在5∶1到20∶1的范圍內,炸藥長徑比對于氣泡的水射流形成時間無明顯影響。但隨著長徑比的增加,水射流在氣泡內部的寬度也會隨之增加,長徑比為5∶1的炸藥爆炸后當氣泡塌縮形成水射流時,射流在氣泡內部相對處于豎直向上的狀態,對目標造成更集中的沖擊;而當長徑比增大時,水射流直徑在氣泡內部不斷擴大,當炸藥長徑比為20∶1時,水射流不對目標造成明顯沖擊。3種長徑比炸藥射流形成時間都在36.50ms左右,所以炸藥長徑比對于射流形成時間并不造成顯著影響,同時3種射流在同一時間的速度也相近,但是因為炸藥長徑比的影響,長徑比過大的炸藥爆炸后產生的射流會因直徑擴大迅速而導致較早潰散。

圖17 不同長徑比的炸藥在板下25cm爆炸射流圖像Fig.17 Water jet images of explosives with different L/D exploding 25cm below the plate

圖18為射流頂部寬度隨著時間變化的示意圖,依照Liu等[21]對于射流寬度的定義,由于射流形態的不規則性,可以在截面面積相同的情況下,射流平均寬度等效為與射流截面積相同的l×d矩形的邊長d,如圖19,即射流平均寬度為:

圖18 3種長徑比炸藥爆炸產生射流頂端寬度演化對比Fig.18 Comparison of the top width evolution of the jet produced by the explosion of three L/D explosives

圖19 射流平均寬度示意圖Fig.19 Schematic diagram of the average width of the water jet

(8)

由圖19可以清晰看出,長徑比越大的炸藥爆炸后產生的射流在氣泡內部寬度增加越快。隨著射流在氣泡內部的演化射流的平均寬度也更大。

圖20是圖17的3種工況模擬結果板下測得的射流階段壓力曲線,取板中心下一格網格輸出壓力時程曲線,見圖21。由圖20可得當長徑比為5∶1到20∶1的范圍內,隨著長徑比的減少,水射流階段所造成的壓力在總體上會越大,印證了關于射流圖像得出的較小長徑比的炸藥會對目標產生更加集中的射流的結論。可知長徑比的大小會影響射流對目標造成的壓力,影響射流的打擊效果。

圖20 3種長徑比炸藥射流階段壓力曲線Fig.20 Pressure curves in the jet stage of three L/D explosives

圖21 網格選取位置示意圖Fig.21 Schematic diagram of grid selection location

圖22是當炸藥長徑比為20∶1時,在爆距15、20、25cm下氣泡射流的形成過程圖像。

圖22 長徑比20∶1的炸藥在板下不同距離爆炸射流圖像Fig.22 Water jet images of explosives with a L/D of 20∶1 at different distances under the board

由圖22可得長徑比20∶1的炸藥爆炸產生的射流在氣泡內部呈現不斷變粗的趨勢。但當爆距較小(如15cm)時,因氣泡被板面吸引,氣泡更貼近板面,所以水射流更容易擊中目標板面。當爆距與炸藥長徑都比較大時,會出現射流在擊打到目標之前就發生潰散的情形。

工程造價預算人員的專業水平、業務能力和個人情感也是影響工程造價超預算的原因之一。所以建筑企業在選擇預算人員時，要對其進行嚴格的考核，不僅要掌握專業的知識技能還要有豐富的工作經驗，此外還要定期的對預算工作人員進行專業的培訓，來提高自身的專業水平、操作水平和業務水平。

4.2 起爆點為炸藥中心

圖23是長徑比為20∶1的炸藥在15cm板下,起爆點為炸藥一側和起爆點在炸藥中心的爆炸氣泡圖像對比。由圖23可以看出,不同的起爆位置對于爆炸氣泡的演化無明顯影響,當起爆點為炸藥一側時爆炸氣泡在膨脹階段呈現略微的不對稱,起爆點為中心時爆炸氣泡在膨脹階段更加對稱,但起爆位置不影響氣泡的后續動力學行為。

圖23 兩種引爆方式的氣泡圖像對比Fig.23 Comparison of bubble images of the two detonation methods

圖24是爆距為15cm,長徑比20∶1的炸藥水平引爆產生的氣泡的射流圖像。當引爆位置為炸藥一側時,射流會出現略微的傾斜,而當引爆點為炸藥中間時,射流不發生傾斜。此外,引爆位置對于射流的形成時間、形狀以及射流速度等無明顯影響。當起爆點為炸藥中心時,爆炸后形成的射流在氣泡內部呈現相似的特性,射流頂端都會呈現不斷變寬的趨勢。

圖24 兩種起爆方式下爆炸射流圖像對比Fig.24 Comparison of water jet images of the two detonation methods

圖25是爆距為25cm,長徑比20∶1的炸藥爆炸射流階段對目標底部造成的壓力時程曲線,壓力曲線取自板中心下一格網格。由圖25可得,起爆位置雖然會少許影響射流的形態,但并不影響射流對目標造成的載荷大小。

圖25 兩種引爆方式的射流階段壓力曲線對比Fig.25 Comparison of pressure curves in the jet stage of the two detonation methods

圖26是水平擺放炸藥不同起爆位置射流平均寬度隨時間的變化曲線,兩種起爆位置形成的射流除了在形態上略有不同,射流平均寬度與寬度增加速度都近似。

圖26 射流平均寬度對比曲線Fig.26 Comparison curves of average width of water jet

5 結 論

(1)不同長徑比的炸藥不論在豎直裝藥還是水平裝藥條件下,長徑比對于氣泡演化動力學行為無明顯影響。當炸藥水平裝藥時,起爆點在一端或中心會造成氣泡在演化過程中呈現輕微的不對稱,但不影響總體氣泡演化進程。

(2)豎直裝藥時,不同長徑比炸藥對射流形態基本無影響;水平裝藥時,長徑比越大的炸藥射流在氣泡內部呈現寬度越大的趨勢,從而影響射流載荷,總體趨勢為射流越寬對壁面造成的載荷越小,。

(3)豎直裝藥時,數值模擬的3種長徑比的炸藥爆炸后射流最大速度集中在210～220m/s,但長徑比為5∶1的炸藥射流速度要明顯低于另外兩種炸藥。不同起爆位置對于射流速度的影響規律總體為:頂端起爆形成的射流速度最大,達到233.7m/s,中心起爆的射流速度最小,僅181.4m/s,相差約25.05%。