PDF《TNT 后燃反应的水下爆炸》

3 S h o c kw a v ep r e s s u r eh i s t o r i e s 3.

3 后燃反应能量 B j a r n h o l t [ 9] 基于 C o l e [

1 0 ] 的水下爆炸理论, 提出了有限水域水下爆炸能量的计算公式 e s =Ke

4 π R2 ρ w c w w ∫ τ

0 p

2 ( t ) d t (

1 ) e b =

1 8 C

3 K3

1 w 1+4 C t b ph p ? è ? ? ? ÷ h n

5 / é ? ê ê ù ? ú ú

6 1 /

2 - { }

1 3 (

2 ) e t =Kf( μ e s +e b) (

3 ) 式中: e s 为比冲击波能( J / k g ) ;

Ke 为比冲击波能的修正系数;

R 为爆心至测点的距离( m) ;

w 为装药质 量( k g ) ;

ρ w 为水的密度( k g / m3 ) , 本研究取1

0 0 0k g / m3 ;

c w 为水中声速( m / s ) , 取1

5 0 0m / s ;

p( t ) 为测 点处t时刻的冲击波压力( P a ) ;

τ为积分上限( s ) , 由于冲击波压力时程曲线衰减较慢, 因此本研究中τ 取5 1.

7 θ, 此时冲击波压力降至峰值压力的5%以下;

e b 为比气泡能( J / k g ) ;

C、 K1 是与水池和装药位置 有关的常数, K1=1.

1 3

5 ρ

1 /

2 w / p

5 /

6 h n , 在本实验条件下, 根据实验测量结果, 结合最小二乘法[

1 1] 计算得到C =0.

4 1

4 7 s -1 ;

ph 为实验时大气压与装药处静水压之和( P a ) ;

ph n为标准大气压(

1 0

1 3

2 5P a ) 与装药处静 水压之和( P a ) ;

e t 为水下爆炸的总比能量( J / k g ) ;

Kf 为装药形状系数;

μ 为冲击波能损失系数. 根据实验结果, 由(

1 ) 式~(

3 ) 式计算得到水下爆炸能量, 如表2所示.可见, 氧气和空气中的冲击 波能和气泡能均大于同压力下氮气中的冲击波能和气泡能, 说明存在后燃反应.同时注意到, 将TNT 炸药置于充有常压( 0. 1MP a ) 空气的实验装置时, 比冲击波能e s 和比气泡能e b 相比 T NT 裸药的比冲

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4 第4期曹威等: TN T 后燃反应的水下爆炸实验研究与数值模拟 击波能( 约1k J / g ) 和比气泡能( 约2k J / g ) [

1 2 ] 均有所降低, 其主要原因在于 T NT 炸药对实验装置的破 坏消耗了其 能量.对于氮气而言, 虽然它不参与炸药的后燃反应, 但是由于气体压力的升高(从0. 6MP a升高到4. 6MP a ) , 比冲击波能e s 和比气泡能e b 均有所提高, 并且比气泡能e b 的提高更为 明显. 爆轰产物与周围气体的混合反应需要一定的时间, 从图3中可以看出, 后燃反应发生在起爆后约 0.

1 3m s ( 即空气和氧气条件下的压力时程曲线开始高于氮气条件下的压力时程曲线的时间) , 而根据实 验结果计算得到的实验装置的变形和破坏发生在起爆后0.

0 5m s , 即后燃反应( 与气体种类有关) 对实 验装置的变形和破坏没有影响.结合3. 1节的实验平行性结论, 可以认为: 在相同气体压力条件下, 实 验装置的变形和破坏所消耗的能量相等.由于氮气不参与炸药的后燃反应, 故用某压力下空气和氧气 中计算得到的能量值减去同压力下氮气中的能量值, 即可得到此压力下后燃反应能量的实测值( e a , e x p) . 根据不同气体环境下氧气的含量, 按照最大放热原则( H2O - C O

2 型, 即首先将 H 氧化成 H2O, 再将 C 氧化为 C O 2) 写出的化学反应方程式, 可计算出后燃反应能量的理论最大值( e a , t h e o r) [

2 ] , 如表3所示. 表2 水下爆炸能量 T a b l e2 U n d e r w a t e r e x p l o s i o ne n e r g y F i l l i n gg a s P r e s s u r e / ( MP a ) e s / ( k J / g ) e b / ( k J / g ) e t / ( k J / g ) A i r 0.

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