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《中国舰船研究》2019年
第14卷第4期
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内爆炸后燃烧反应率时间历程理论预估及能量释放常数确定方法
徐维铮, 吴卫国, 况正
中国舰船研究，2019，14（4）：22-29
论文背景
随着现代反舰武器的迅速发展，各种高性能的半穿甲反舰导弹已成为水面舰船水线以上部分舷侧的主要威胁，其对舰攻击破坏的特点是穿透舰船舷侧外板，在舱室内发生爆炸。当爆炸发生在舱室内时，由于冲击波传播过程中受到舱室壁面约束限制，将产生持续时间短暂、峰值逐渐衰弱的冲击波以及持续时间较长的准静态超压，将对舱室结构、内部设施及人员造成严重的损伤。近年来，国内外学者针对舱室、约束空间内爆炸载荷，在试验、数值模拟、高精度数值计算方法等方面做了大量的研究工作。
约束空间内爆炸后燃烧效应涉及复杂的多组分化学反应燃烧过程，采用简化的反应率模型近似描述后燃烧效应具有一定的合理性和工程应用价值。本文将提出一种近似预估反应率时间历程的理论公式，并在此基础上进一步根据内爆炸化学反应的时间确定能量释放常数。
研究内容
首先，采用自主开发的程序对约束空间内爆炸后燃烧反应率的时间历程进行数值计算，主要探讨能量加入对反应率的时间历程的影响规律。计算舱室为长方形，在炸药中心处设置了4个典型测点来监测爆炸载荷及反应率的时间历程。
然后，提出一种后燃烧反应率时间历程的理论预估方法。虽然在爆炸初期和爆炸后期理论预估公式与数值计算结果存在一定的差异，但总体趋势吻合较好。
最后，采用化学反应动力学方法确定内爆炸化学反应时间，进而确定能量释放常数。在爆炸初期冲击波壁面反射形成多峰值载荷特征；在爆炸中期，爆炸产物与舱室内部气体充分混合后开始发生剧烈的化学反应并释放能量，导致准静态压力回升；在爆炸后期，化学反应逐渐完成，准静态压力也趋于稳定。
图 反应1各组分浓度随时间变化曲线
吴卫国
吴卫国，1960年生，武汉理工大学船舶与海洋工程学科首席教授、博士生导师，教育部科学技术委员会学部委员，中国造船学会船舶振动噪声与冲击学组组长。研究方向为高性能船舶技术、结构动力学及其安全性与可靠性。主持国家863课题、国家自然科学基金、国防基础研究、国家支撑计划、国家高技术船舶专项等项目50余项，在国际、国内重要学术刊物及会议论文集发表研究论文120余篇，获得专利授权10余项。团队现有专职教师15名，博士及硕士研究生50余名，研究领域包括：船舶振动噪声预报与控制、大型舰船极限强度理论与试验、舰船结构的爆炸/冲击动力学理论、数值仿真与试验研究等。
徐维铮
徐维铮，1991年，博士研究生。曾就读于武汉理工大学交通学院船舶与海洋工程系，现就职于中国工程物理研究院流体物理研究所。主要研究方向为舰船结构内爆炸场高精度数值计算及形成载荷特性、舰船结构抗冲击毁伤。获得软件著作权授权2项。在国际重要核心期刊发表SCI论文5篇，EI学术论文3篇，多篇中文核心论文。
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[1] 徐维铮, 吴卫国, 况正. 内爆炸后燃烧反应率时间历程理论预估及能量释放常数确定方法[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(4): 22-29.
Xu Weizheng, Wu Weiguo, Kuang Zheng. Method for theoretically predicting time history of afterburning reaction rate of internal explosion and determining energy release constant. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(4): 22-29.
[2] 徐维铮, 吴卫国. 密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(5): 124-130.
Xu Weizheng, Wu Weiguo. Study on theoretical calculation of quasi-static pressure for explosion in confined space. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(5): 124-130.
[3]徐维铮, 吴卫国. JWL状态方程及其等效多方状态方程在内爆炸计算中的应用分析[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(3): 83-91.
Xu Weizheng, Wu Weiguo. Application analysis of JWL EOS and the equivalent polytropic EOS in internal explosion calculation. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(3): 83-91.
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