柴油抛撒成雾及燃爆特性

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1、第２９卷第３期高压物理学报Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．３２０１５年６月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＩＧＨＰＲＥＳＳＵＲＥＰＨＹＳＩＣＳＪｕｎｅ，２０１５文章编号：１０００－５７７３（２０１５）０３－０２１３－０６＊柴油的抛撒成雾及燃爆特性研究罗琳，解立峰，韩志伟，黄勇（南京理工大学化工学院，江苏南京２１００９４）摘要：为了研究柴油、阻燃柴油、阻燃抑爆柴油的抛撒成雾及燃爆特性，使用高速摄像系统记录云雾形成过程，采用红外热成像系统记录火球演变情况。研究表明：在中心药柱爆轰驱动下，油料液滴与空气快速混合形成云雾，其尺寸随油料运动黏

2、度的增大而减小；３种柴油形成的云雾均在二次引爆后产生火球，阻燃柴油的火球最高温度较柴油低３５％，阻燃抑爆柴油较阻燃柴油低２３％；阻燃柴油的火球最大直径和高度较柴油小５４％、４２％，阻燃抑爆柴油较阻燃柴油小４６％、５５％；火球持续时间，阻燃柴油较柴油短３８％，阻燃抑爆柴油较阻燃柴油短４７％。说明在抑制火球温度上升和尺寸增长的效果上，阻燃抑爆柴油优于阻燃柴油，阻燃柴油优于柴油。关键词：柴油；爆炸抛撒；云雾；二次爆炸；火球中图分类号：Ｏ３８９；Ｘ９３２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１８５８／ｇｙｗｌｘｂ．２０１５．０３．００８１

3、引言柴油、阻燃柴油、阻燃抑爆柴油的主要成分都是柴油。柴油被广泛用作大型车辆、机械设备和武器装备的燃料，一旦车辆发生事故或坦克等装备遭受炮火袭击，容易引发柴油爆炸，是造成车辆装备损毁［１］和人员伤亡的重要原因。因此，研究３种油料在外场环境下的抛撒成雾及燃爆特性，对于丰富、完善油料安全理论有重要意义。［２］在液体燃料的抛撒成雾及燃爆特性方面，Ｓａｍｉｒａｎｔ等人利用多种测试技术，研究了液体燃料爆［３］炸抛撒及燃料－空气炸药（Ｆｕｅｌ－ＡｉｒＥｘｐｌｏｓｉｖｅ，ＦＡＥ）云雾形成过程。Ｚａｂｅｌｋａ等人利用实验数据建立［４］［５］

4、了ＦＡＥ装置燃料抛撒的物理模型。Ｉｖａｎｄａｅｖ等人和Ｍａｒｔｙ等人研究、开发出了较成熟的柴油产品。他们对各自研制的柴油进行了实弹射击试验测试，但由于技术保密等原因，试验结果均未完全公开［６］报道。国内有关柴油燃爆方面的研究无论实验还是理论都比较少。郭学永等人在前人研究的基础上，对油料的爆炸抛撒过程进行了分析，给出了云雾成长过程中的一些重要参数，为数值模拟和理论计［７］算提供了必要依据。关于爆炸火球的研究，缺少军事运用方面的文献。中北大学韩焱等人通过对红外热成像仪获取的爆炸火球表面温度场热图像的分析处理，结合辐射光学层析技

5、术，引入属性矩阵和变超松弛系数的迭代法，对爆炸场火球进行了三维重建研究，不足之处在于使用的公式中所代入的参数都［８］被理论化。王振国等人建立了液体推进剂运载火箭爆炸火球成长过程模型和火球辐射传热理论模型，研究了火球尺寸的变化规律、火球持续时间、火球内部温度变化，并且和实验结果进行了比较。本研究利用高速摄像系统记录云雾的形成过程，分析油料黏性对抛撒成雾的影响；利用红外热成像系统测量云雾在引爆二次药柱的条件下，产生的火球表面温度、尺寸和持续时间，研究燃爆火球的特性。＊收稿日期：２０１４－０５－２９；修回日期：２０１４－０７－２

6、９基金项目：科技部国际科技合作重大专项（２０１３ＤＦＲ６００８０）作者简介：罗琳（１９８９—），女，硕士研究生，主要从事安全科学相关研究．Ｅ－ｍａｉｌ：２９４２８８１１０＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：解立峰（１９６５—），男，教授，主要从事安全科学及工程力学相关研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｌｉｆｅｎｇ３１９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ２１４高压物理学报第２９卷２实验２．１实验材料采用爆热为７．５１０ＭＪ／ｋｇ的黑萨尔炸药作为中心药柱和二次药柱；在模拟实验装置封盖的桶管中，装填孔径大小相当的中心药柱，放置雷管时保证与中心药柱间不产生晃动，并且

7、刚好封盖。在模拟实验装置的圆柱体桶内盛装油料，引爆中心药柱产生的冲击波会使柴油抛撒形成云雾。中心药柱和二次起爆药柱的重量分别为５０、１００ｇ，密度分别为１．６３、１．５７ｇ／ｃｍ３，药柱直径分别为３３、４２ｍｍ，高度分别为３６、４６ｍｍ。引爆雷管为８号电雷管。二次引爆延迟时间为４０ｍｓ。模拟实验装置的圆柱体内径为８８ｍｍ，高度为２１０ｍｍ，壁厚为２ｍｍ，材质为玻璃钢；分别盛装柴油１．０４０ｋｇ、阻燃柴油１．０５０ｋｇ、阻燃［９］抑爆柴油１．０６０ｋｇ。阻燃柴油是利用微乳化技术向柴油中添加表面活性剂和水的柴油，阻燃抑爆柴油是

8、向柴油中添加聚合物抑爆剂和复合抗抛撒剂的柴油。表１列出了３种柴油的物理特性。表１３种柴油的物理特性Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ３ｋｉｎｄｓｏｆｄｉｅｓｅｌ２／ｓ）Ｆｌａｓｈｉｎｇｌｉｇｈｔｎｉｎｇ／（℃）Ｄｅｎｓｉｔｙ／（ｋｇ／ｍ３）ＰｒｅｓｃｉｐｔｉｏｎＫｉｎｅｍａｔｉｃｖｉｓ