实验七.水中爆炸冲击波压力测量
《炸药爆炸理论》讲义,安徽理工大学 郭子如教授 第七章 炸药的爆炸作用
第七章 炸药的爆炸作用炸药发生爆炸时所形成的高温高压气体产物，必然对周围的介质产生强烈的冲击和压缩作用。
若物体与爆炸的炸药接触或相距较近时，由于受到爆轰产物的直接作用，物体便产生运动、变形、破坏和飞散；若物体离爆炸源较远时，则受爆轰产物的直接破坏作用就不明显。
但是，当炸药在可压缩的介质（如空气、水等）中进行爆炸时，由于爆轰产物的膨胀，压缩周围的介质并在介质中形成冲击波，此冲击波在介质中传播，便可以对较远距离的物体产生破坏作用。
因此，炸药爆炸对周围物体的作用，既可以表现在较近的距离上，又可以表现在离炸药较远的距离上。
习惯上将炸药爆炸时对周围物体的各种机械作用称为炸药的爆炸作用。
通过分析知道，炸药的爆炸作用与炸药的装药量、炸药的性质、炸药装药的形状（在一定的距离上），以及爆炸源周围介质的性质等因素有关。
通过对炸药爆炸作用的研究，可以正确地评价炸药的性能，为合理使用炸药和充分发挥其效能，以及为各种装药设计提供必要的理论依据。
7.1爆炸冲击波在介质分解界面上的初始参数炸药爆炸时，在与之接触的介质中必然要产生冲击波，在爆轰产物中可产生冲击波或稀疏波。
（研究初始参数对评定炸药爆炸对邻近介质的作用，冲击波传播规律很有益处）介质中的初始冲击波参数取决于炸药的爆轰参数和介质的性质（力学性质：压缩性与密度），如果介质的密度大于爆轰产物的密度，则在介质与爆轰产物分解面处的压力x P ﹥2P （爆轰压力），同时向爆轰产物中传递一个冲击波；否则x P ﹤2P ，则向爆轰产物中传递一个稀疏波。
2P >x P 时情形：当装药在空气中爆炸时，最初爆轰产物与空气的最初分界面上的参数，也就是形成空气冲击波的初始参数。
图7-1 2x P P 时分界面附近初始参数分布情况由于爆轰形式的冲击波在开始阶段必然是强冲击波，可采用强冲击波关系式：x x u k D 21+= 2021x x D P k ρ=+ 011ρρ-+=k k x （7-1）可见，只要能从理论上获得x u ，即可计算其它参数。
水下爆破冲击波测试与防护研究
水下爆破冲击波测试与防护研究
蔡勇;付学峰;陈武谨
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2009()6
【摘要】对三峡三期RCC围堰拆除爆破水下爆破冲击波的测试与防护进行了分析研究,结果表明:炸药绝大部分都用来破碎混凝土,直接作用水体形成气泡的概率减少,所以从测试结果中几乎看不到明显的气泡脉动现象;而水中冲击波较大峰值主要来源于与测线正对着的两个相临堰块,其他与测线夹角较大的堰块产生水击波压力过程不明显,表明水下钻孔爆破从孔口传播的水击波具有很强的方向性。
【总页数】3页(P87-89)
【关键词】水下爆破;冲击波;工程防护
【作者】蔡勇;付学峰;陈武谨
【作者单位】深圳市水务规划设计院;江西省电力设计院;深圳市水务局
【正文语种】中文
【中图分类】TV5
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水中爆炸气泡脉动现象的实验研究
膨胀 阶段 ， 泡 中心 位 置 保 持 不 变 ， 着体 积 的不 断 缩 小 ， 泡 上 浮 越 来越 明 显 。受 重力 影 响 ， 泡 下 表 面 收 气 随 气 气
水 中爆 炸气 泡脉 动 现 象 的实验研 究
汪 斌， 张远平， 王彦平
（ 国 工程 物 理 研 究 院 流 体 物 理研 究 所 冲击 波 物理 与爆 轰 物 理实 验 室 ， 中 四川 绵 阳 ６ １０ ） ２ ９ ０
摘 要 ： 实 验 水 箱 中 采 用 高速 摄 影 技 术 获 得 了炸 药水 中爆 炸气 泡 脉 动 过 程 图像 。实 验 结 果 表 明 ： 长径 在 短
缩 速 度高 于 上 表 面 ， 收 缩 至 最 小 时 下 表 面 向上 冲 顶 ， 泡 溃灭 形 成 水 射 流 。 在 气 关键 词 ： 炸 力 学 ； 泡 脉 动 ； 中爆 炸 ； 射 流 爆 气 水 水
中 图分 类 号 ： ８ ． ０３ ３ １ 国标 学 科 代 码 ：１ ０・ ５ ３ ３ 文 献 标 志码 ： Ａ
第６ 期
汪
斌 等 ：水 中爆 炸 气泡 脉 动 现 象 的实 验 研 究
贴有一 层 ２ 厚 的低 密度 吸能 材料 ， ０ｍｍ 实验 结果 表 明采用 此方法 可 以显 著提 高数据 真实 性和 气泡 图像
质量嘲 。
３ 实验 结果 及 分 析
３ １ 气 泡脉 动 图像 ．
３种规格 Ｐ Ｔ 炸 药柱 水 中爆炸 后 的典 型气泡 脉动 过程 图像 如 图 ２所 示 ， 中从 左 至右 列 出 了气 Ｅ Ｎ 图 泡 产生 、 胀 至最 大 以及 收缩 至 最小 的整 个脉 动过 程 。本 文 中 以 ４ ５ｇＰ ＴＮ 炸 药水 中爆 炸 气 泡脉 动 膨 ． Ｅ 过程 为例分 析 相关现 象 ： 炸药起 爆 时刻 为 ｔ ， 中黑 线 为起 爆 电缆 ， 部 白色 细线 为鱼 线 ， 固定 ＝０ｍｓ 图 底 在 炸药 的 同时可 以减少 外 界条 件对 气泡 脉动 过程 的影 响 。炸药 起爆 以后 ， 温 高 压 的爆 炸产 物 压缩 周 围 高 流体 ， 迅速 向外 膨胀 ， 成一个 爆 炸气 泡 ， 上表 面受 雷管 套 等残余 物 影 响 而变 得 不清 晰 。随 着气 泡 体 形 其 积 的增 大 ， 泡 内气体 压 力逐渐 减 小 ， 胀速 度逐 渐降低 ， 气 膨 当气 泡 内气体压 力 和周 围流体静 压相 等时 ， 由
无限水介质中爆炸冲击波压力计算公式辨析
无限水介质中爆炸冲击波压力计算公式辨析周方毅;陈晓强;张可玉;詹发民【摘要】对无限水介质中爆炸的冲击波压力计算公式在实际应用中应如何选用进行了辨析,提出了不同条件下推荐使用的公式.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2003(020)001【总页数】3页(P7-8,11)【关键词】水中冲击波;水介质;超压;水下爆破【作者】周方毅;陈晓强;张可玉;詹发民【作者单位】海军潜艇学院,山东,青岛,266071;海军潜艇学院,山东,青岛,266071;海军潜艇学院,山东,青岛,266071;海军潜艇学院,山东,青岛,266071【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 20 卷第 l 期 2003 年 3 月爆破BLASTING Vol.20 No.lMar.2003 文章编号：1001- 487X(2003)01 - 0007 一 02无限水介质中爆炸冲击波压力计算公式辨析周方款，陈晓强，张可玉，金发民（海军浴艇学院．山东青岛 266071)摘要：对无限水介质中爆炸的冲击波压力计算公式在实际应用中应如何选用进行了辨析，提出了不同条件下狼荐使用的公式。
关键词 t水中冲击波；水介质；超压；水下爆破中国分类号：TD235.l + l 文献标识码：A AnalysesonFormulae of Pressure CausedbyExplosive ShockWaveinIndefinite Water MediaZHOUFang-yi, CHEN Xial qiang, ZHANG Ke-yu , ZHAN Fa-min( Navy Submarine Academy,Qingdao 266071, China) Abstract : Manypr田sure fo口nulae of explosive shock wave in indefinite water media andits difference indifferenr scale distance are distinguished,the formulae applied in practice arc selected,the recommended formulae on differe ntconditiorui are analyzed.Keywords:shock wave inwater;watermedia;overpressure;underwater blasting 1 问题的提出目前，无限水介质中爆炸冲击力计算公式较多，且在不同的比例距离范围内各有区别，有不少读者在实际应用中却随便拿来就用，忽视了公式的使用条件，这就导致了计算值与实际值之间出现了较大的误差，更为严重的是有时将达不到爆破的预期目的。
水下爆炸中的流体力学
式中 u—质点速度向量，P—压力，N—外法线单位向量，E—比 内能。 若冲击波波阵面的方程是 F ( x, y, z, t ) 0 ，则波阵面的传播速度 N 可按以下式计算。将 t+ T 时的函数展开，其中用 nmvr 表示高阶无 穷小量，则有：
F ( x x, y y, z z, t t ) F F F F F ( x, y , z , t ) x y z t nmvr x y z t
下面分别为距爆炸中心不同距离处峰值压力的大小的经验公式 计算结果和软件计算结果。
此外，冲击波作用于单位面积上的冲量 I 的公式为
I 5768Q1/3 ( Q1/3 0.89 ) R
下图分别为计算得到的距药包中心 1.8 m 处的计算压力与比冲量 曲线与经验公式计算结果的比较情况。 通过软件计算得到的结果与经 验公式基本一致。
当 t , P(t ) Pme 当
t
t t t p , P(t ) 0.368Pm [1 ( )1.5 ]
t tp
公式中的时间常数 的计算公式为
0.084Q1/3 (
Q1/3 0.23 ) R
对于其中的峰值压力， 在距爆炸中心不同距离处计算公式也有差 异
R：波阵面到药包中心的距离，单位 m E：通过垂直于波速方向单位面积的能量 此外， A、l、、 均为仅与炸药种类有关的常数。 现在考虑无限场域中深度对相关数据的影响。 在水中，静水压力和深度的关系：
dpn g (h)dh
式中： pn 为静水压力；g 为重力加速度； (h) 为深度在 h 处水的 密度 由能量守恒可推出流体力学的基本方程
分析其中的数值。随着爆距的增加,冲击波和二次压力波的压力 均迅速衰减,该处二次压力波的峰值压力仅为冲击波峰值压力 14.19%。 对于水下爆炸二次压力波的峰值压力和比冲量,目前还没有公认 的效果较好的经验公式可供参考。Cole 在不考虑气泡上浮的条件下, 得到了二次压力波峰值压力和比冲量的估算公式:
水中爆炸理论及其作用
原因： （1）在一般压力下，水几乎是不可压缩的， 在高压作用下，可压缩： 7.36MPa~9.81MPa时，体积变化1/320； 98.1MPa 时，水的密度变化△ρ/ρ=0.05 高压下可压缩,形成冲击波。 （2）水的密度比空气大，装药爆炸时，爆炸 气体受到不同的静压作用，故膨胀较慢。 （3）水中声速较大，18℃时，声速为 1489m· s-1。随水中含气量的增加，水中声速的下 降很快。当水中含气量为0.1~l％时，水中声速下 降到900m· s-1。
第五章 水中爆炸理论及作用
5.1水中爆炸的物理现象 5.2水中冲击波 5.3水中冲击波的传播 5.4水中冲击波的反射 5.5水中冲击波的作用
§5.1水中爆炸的物理现象
装药在无限水介质中爆炸时，形成高温、高 压的爆炸产物，其压力远远地超过静水压力，会 产生冲击波和气泡脉动两种现象。 炸药在空气中和水中爆炸时的物理现象，主 要区别： （1）在相等装药爆炸时的水中冲击波的压力 比空气冲击波压力要大得多； （2）水中冲击波的作用时间比空气冲击波作 用时间要短得多； （3）水中冲击波阵面传播速度近似地等于阵 面声速，而空气冲击波阵面传播速度比冲击阵面 上的声速要大； （4）爆炸产物在水中膨胀要比空气中慢的多。
3、在脉动过程中，由于爆炸气体的浮 力作用，气泡逐渐上升。爆炸产物所形成 的气泡一般均接近于球形。若装药非球状， 长与宽之比在1—6范围之内，则离装药 25r0(r0为装药半径)的距离处就接近于球形。 4、自由表面反射的稀疏波使气泡变形， 所以实际的气泡并不完全是球形的。
障碍物对气泡脉动的影响 1、气泡膨胀时，近障碍物处水的径向 运动受到阻碍，气泡有些离开障碍物的现 象。 2、当气泡受压缩时，近障碍物处水的 流动受阻，而其它方向的水径向聚合流动 速度很大，因此使气泡朝着障碍物方向运 动，即气泡好象引向障碍物。
水下爆炸瞬态压力场传播规律
水下爆炸瞬态压力场传播规律一、水下爆炸瞬态压力场概述水下爆炸是一种常见的物理现象，广泛应用于事、海洋工程和科学研究等领域。
水下爆炸产生的瞬态压力场是研究水下爆炸效应的关键。
这种瞬态压力场具有高压力、快速传播和复杂变化的特点，对周围环境和结构产生显著影响。
本文将探讨水下爆炸瞬态压力场的传播规律，分析其特性、影响因素以及测量方法。
1.1 水下爆炸瞬态压力场的特性水下爆炸产生的瞬态压力场具有以下几方面的特性：- 高压力：爆炸产生的初始压力极高，可以达到数百甚至数千个大气压。
- 快速传播：压力波以极高的速度在水中传播，传播速度接近声速。
- 复杂变化：压力场的分布和变化受到多种因素的影响，如爆炸能量、水深、介质性质等。
1.2 水下爆炸瞬态压力场的应用场景水下爆炸瞬态压力场的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 事领域：用于水下武器的设计和测试，评估爆炸对舰船和潜艇的破坏效果。
- 海洋工程：在海洋资源开发和海底设施建设中，评估爆炸对海底结构的影响。
- 科学研究：在海洋物理学和声学研究中，研究水下爆炸产生的声波和压力波的传播特性。
二、水下爆炸瞬态压力场的传播机制水下爆炸瞬态压力场的传播机制是研究其传播规律的基础。
压力波在水中的传播受到多种因素的影响，包括水的物理性质、爆炸能量、爆炸位置等。
本节将详细分析这些因素对压力场传播的影响。
2.1 水的物理性质对压力场传播的影响水的物理性质，如密度、声速、压缩性等，对压力场的传播有重要影响。
水的密度越高，压力波的传播速度越快。
声速是压力波在水中传播的速度，通常在1500米/秒左右。
压缩性则影响压力波的衰减特性。
2.2 爆炸能量对压力场传播的影响爆炸能量是影响压力场传播的关键因素。
爆炸能量越大，产生的初始压力越高，压力波的传播距离也越远。
爆炸能量的分布也会影响压力场的形态和衰减特性。
2.3 爆炸位置对压力场传播的影响爆炸位置是影响压力场传播的另一个重要因素。
爆炸发生在不同深度的水下，压力场的传播特性会有所不同。
水下爆炸(理论)
(2)鼓包形状可以发展得很尖，具有光滑的表面，在顶点附近产生小孔破裂。 鼓包破坏范围较大，这种现象也是流体的特点，其破裂可看成一种流体局 部变薄所致。在炸药附近，没有压缩圈。
(3)可见爆坑漏斗很小，这是由于除去飞出淤泥回落爆坑以外，还由于淤泥 流动性很大,爆坑四周的淤泥由于重力的影响也往坑内回淤。 (4)鼓包和爆坑基本满足几何相似律。
在爆炸载荷作用下，石块之间引起错位，使空隙率减少，另一 方面爆炸作用使整个堆石体向淤泥中运动，将淤泥从堆石体外泥面 挤出，钻探结果表明，只有一小部分淤泥挤入堆石体的空隙内，因 而总的爆炸能量看来主要用于侧向挤淤。 模拟试验曲线表明，爆夯下沉运动有一个很短的加速过程，此 后有一较长时间近似匀速过程，最后减速至终止。经过分析，爆炸 产物初始压力很高并伴有冲击波，因而淤泥运动有一加速过程。当 爆炸气团迅速膨胀，其压力随之降低，当低至和淤泥的强度和阻力 相当时，就出现一个近似匀速的过程。这时气团压力较低，淤泥的 质量大；因而有一个比较长时间的匀速过程。随后，爆炸气团浮出 水面或逸出，堆石体在淤泥强度和阻力作用逐渐减速至零。
n1 Q1/ 3 / W
或
n1 q / W
或
n1 s
1
2
/W
因此对于爆夯和堤下爆炸挤淤，只要保持其它几何条 件及所有物理条件 (如炸药品种、炸药密度、土质等)不变， 就有 1
D s 2 f W W
D f q / W W
从上注意到，如果变形阻力基本上不随D变化，则D正比于变形 功。容易证明，如果炸药量的利用率是常数 (不依几何尺寸变化)，即 变形功正比于药量，则有
Ds
1 2
Dq
对于爆炸排淤填石，除了形成漏斗这个初期过程外，还必须考虑 堤头塌落和石舌形成这个后续过程，才能确定每次爆炸的进尺量。正 如前面所阐述“石舌”的形成，在爆炸压力和位势差的作用下，堤本 gW 2 身形成泥石流进入坑底。这时，非平衡的推动力正比于 ，变形阻 gW 2 gW 2 力正比于 ，所以其合力正比于 ，因为是在重力作用下，所以运 1/ 2 W W2 动时间正比于 。另外，参与运动的总质量正比于 。因此根据 g 牛
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实验七. 水中爆炸冲击波压力测量
一 实验名称：水中爆炸冲击波压力测量
二 实验目的：练习并掌握用电测法测量水中爆炸冲击波压力。
三 实验内容：用冲击大电流通过金属丝产生水中冲击波，用压力传
感器检测压力信号，用数字示波器记录某位置的水中
冲击波压力历程。
四 实验设备：冲击大电流装置、同步高压脉冲发生器、传感器及适
配器、数字示波器
五 实验原理
（一）水下爆炸物理过程 炸药装药在水下爆炸时，瞬间变成高温
高压的爆炸产物，压迫周围的水产生冲击波并迅速向周围传播。炸药
放出的能量一部分随冲击波传出，称为冲击波能。剩下的能量留在爆
炸产物中，称为气泡能。高压下的爆炸产物迅速向外膨胀形成气泡，
气泡膨胀过程中反抗静水压而作功。当气泡膨胀到压力与静水压相等
时，因为惯性的作用，膨胀并不停止而作过度膨胀，当膨胀到最大体
积时，气泡内的压力降至静水压的1/5~1/10，此后由于外界压力的
作用而使气泡收缩，同样因为惯性的原因，当压缩到压力等于静水压
后仍继续收缩，直至最小体积时又开始膨胀，同时产生压力波，如此
反覆膨胀收缩形成气泡脉动。
（二） 对水下爆炸用测压传感器的要求
1，传感器应具有尽量高的频率响应，以便准确地捕捉到压力的
迅速变化
一般谐振谐率应不小于250kHz。
2， 传感器应有足够的强度和压力测量范围。
3，
为了减小因测压传感器的放置而对压力流场产生严重的扰
动和畸变，传
感器的体积应尽量小，外形应为流线性。
4，
传感器的联接电缆在水中受到强度较大冲击波的作用，由于
电缆内、外芯的摩擦将出现静电电荷（即所谓“电缆效应”）这种摩
擦电荷是一个相当可观的虚假讯号，因此传感器应有减小电缆效应的
有效措施。
5，
传感器具有良好的防潮、密封和较好的防腐蚀能力，特别是
当传感器的输出讯号是高输出阻抗的讯号。其绝缘电阻一般在
1010~1012Ω，受潮后绝缘电阻降低将造成零点飘移。
（三） PCB W138A02型压电传感器性能特点
1，该传感器将一片作为敏感元件的电气石置于盛满硅油的塑胶
管中，因而密封、防潮性能良好。同时该传感器是一种体积敏感型传
感器，传感器没有方向性，任何方向传来的压力波作用在管壁上都可
以被传感器的电气石晶体准确接受，而不需要象其他传感器那样将传
感器正对爆心安装。
2，传感器的尾部有一微型化的集成电荷放大器将敏感元件产生
的高阻讯号转变成低阻讯号。这种低阻电流讯号可以经电缆传输相当
远（数百米）而不会有讯号衰减，因而抗干扰能力强，基本上消除了
电缆效应造成的干扰，对电缆接头的防潮要求也降低了。
3，主要性能指标：
灵敏度 Mpa; 最大测量压力：345MPa； 线性：≤2%；
谐振频率：≥1MHz； 上升时间：≤μs； 下限频率：
五 实验步骤：
1 按照图示，连接爆炸丝至冲击大电流装置，电阻分压器、电流互感
器和适配器至数字示波器，并设置电流信号触发。按估计压力
（30atm）和传感器灵敏度设置压力通道灵敏度。
2 将爆炸丝放入水箱中部，水箱外壳接地。接地点在放电回路以外。
3 将PCB W138A02型压电传感器置于水箱中，测量敏感元件到爆心的
距离。
4 所有人离开放电室，关好门。
5 操作冲击大电流装置。充电电压：8千伏。
6 同步脉冲发生器充电至万伏，触发。高压触发脉冲使冲击大电流装
置的隔离间隙导通，产生冲击大电流使爆炸丝爆炸。
7 进入放电室，放电杆放电后，记录波形。计算压力峰值。
8 不改变敏感元件距爆心的距离，重复步骤1－7三次。
装置示意图
敏感元件到爆心距离R(mm) 冲击波峰值压力
P(atm)
第一次测量
第二次测量
第三次测量
六思考题
1 三次测量的一致性如何影响压力测量的因素有哪些
2 要测量R-P曲线，应怎样做
3 该装置能测量气泡的脉动压力吗应怎样做