殼體約束對液體爆炸拋撒流場特性的影響*

陸曉霞,李 磊,2,趙守田,嚴曉芳,王金生,韓 超

(1.防化研究院國民核生化災(zāi)害防護國家重點實驗室，北京 102205；2.清華大學(xué)航天航空學(xué)院，北京 100190)

殼體約束對液體爆炸拋撒流場特性的影響*

陸曉霞1,李 磊1,2,趙守田1,嚴曉芳1,王金生1,韓 超1

(1.防化研究院國民核生化災(zāi)害防護國家重點實驗室，北京 102205；2.清華大學(xué)航天航空學(xué)院，北京 100190)

進行了不同殼體約束條件下的液體爆炸拋撒實驗，討論了殼體對起爆后早期拋撒流場特征的影響，分析了爆炸分散過程中液體的狀態(tài)變化和破碎分散機理，并通過數(shù)值模擬進行了對比分析。結(jié)果表明，在爆炸反射稀疏波的作用下液體發(fā)生空化現(xiàn)象，殼體強度越高，空化發(fā)生的延遲越大，發(fā)生位置越靠近爆心，同時，爆炸產(chǎn)物氣體與液體在其界面附近越早發(fā)生摻混。

流體力學(xué)；爆炸拋撒；殼體；液體；空化

液體爆炸拋撒在燃料空氣炸藥(FAE)、冷激波滅火彈等方面有重要的應(yīng)用。自20世紀60年代起，液體爆炸拋撒就受到了持續(xù)關(guān)注，由于涉及炸藥爆轟、爆炸波系的傳播與反射、液體破碎、氣溶膠形成與擴散等多尺度復(fù)雜過程，液體破碎分散機理至今沒有完全明確。早期認為，起爆后液體呈一個連續(xù)環(huán)狀“液體活塞”向外運動，并將拋撒過程劃分為若干階段分別進行了建模和計算[1-3]。該“液體環(huán)”模型在相關(guān)研究中得到廣泛應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了“液體環(huán)”斷裂破碎的若干判據(jù)[4-6]，例如不穩(wěn)定增長判據(jù)、能量判據(jù)等。李磊等[7]進行了水平約束的爆炸拋撒實驗，指出拋撒過程中液體的不均勻性。任曉冰等[8]進行了不同比藥量(炸藥與被分散液體質(zhì)量之比從1.7×10-4到6.6×10-4)和不同黏性液體的爆炸拋撒實驗，指出對小藥量情況，主液體區(qū)呈交叉樹枝狀形態(tài)，隨著藥量增大，主液體區(qū)在爆炸產(chǎn)物氣體推動下形成環(huán)狀帶向外飛散，并呈現(xiàn)霧化液滴群狀態(tài)。L.Li等[9]進一步考察了比藥量增大至0.023情況下不同液體的分散特征。任曉冰等[8]、L.Li等[9]指出了傳統(tǒng)的“液體環(huán)”理論的不足，但主要關(guān)注薄殼體(厚度為0.2 mm的透明膠片)的拋撒過程。蔣治海等[10]指出不同厚度殼體材料在爆炸拋撒時破碎方式不同，周保順等[11]通過數(shù)值模擬討論了殼體強度對液體初始速度的影響，而高洪泉等[12]討論了殼體強度對FAE作用威力的影響。這些研究表明：殼體材料和厚度對液體爆炸拋撒形成云團有較大影響，但均是從工程應(yīng)用角度進行規(guī)律的總結(jié)，未討論不同殼體條件下的早期拋撒流場特征。

圖1 實驗布局示意圖Fig.1 Experiment layout

本文中，在文獻[8-9]的基礎(chǔ)上，進行不同材料殼體的液體爆炸拋撒實驗，討論殼體對早期拋撒形態(tài)特征的影響，并進一步分析爆炸分散過程中液體的狀態(tài)變化和破碎分散機理。

1 實驗設(shè)置

實驗裝置包括爆炸分散容器、支架、照明系統(tǒng)、同步電路、高速攝影系統(tǒng)，布局如圖1所示。實驗在密閉空間內(nèi)進行，采用兩臺高速攝像儀MotionXtra HG-100K和Phantom V9.1，通過不同角度觀察窗口同時記錄分散過程，拍攝頻率分別為104和2×104s-1，同步觸發(fā)裝置為電磁繼電器。

FAE武器的比藥量一般在0.01左右，且有一定強度的殼體約束，因此實驗中采用的比藥量在0.01左右。殼體材料分別為強度依次提高的3種：1 mm厚有機玻璃材料、3 mm厚PVC材料和3 mm厚不銹鋼，如圖2(a)～(c)所示。另外，將文獻[8-9]中0.2 mm超薄膠片約束的分散結(jié)果用于比較分析，裝置如圖2(d)所示。分散介質(zhì)為純凈水，炸藥采用鈍化黑索今炸藥柱(直徑9 mm，密度約1 600 kg/m3)，裝填在1 mm厚度塑料爆管內(nèi)，置于圓柱容器中心軸上。爆炸分散容器固定在支架上，安裝方式如圖2(d)所示，裝置下方留空，以避免爆炸沖擊波在支座上的反射過快形成對液體拋撒流場的干擾。

圖2 不同殼體材料的爆炸分散裝置Fig.2 Explosive dispersion devices made of different shell materials

2 實驗結(jié)果和分析

2.1 實驗現(xiàn)象

2.1.1 實驗1：1 mm厚有機玻璃圓柱殼體

圖3 實驗1液體飛散情況Fig.3 Photographs of liquid dispersal flow in experiment 1

殼體如圖2(a)，內(nèi)徑為104.5 mm，高度為92 mm，炸藥量為9.4 g，比藥量為0.011。圖3給出了炸藥起爆后液體的噴射情況，起爆時刻t=0。

起爆時，爆管背面有明顯膨脹，沖擊波已進入液體，但液體保持透明狀態(tài)，與文獻[13]中記錄的液體中沖擊波傳播現(xiàn)象相符，即沖擊壓縮不會導(dǎo)致液體的透光性顯著改變。經(jīng)過50 μs，殼體開始膨脹但尚未出現(xiàn)裂紋，說明沖擊波已到達容器外殼并向內(nèi)反射稀疏波，液體渾濁證明狀態(tài)已發(fā)生改變，內(nèi)部很可能產(chǎn)生了大量的空化氣泡，透光性顯著降低。

周向殼體的破碎大約發(fā)生在起爆后200～250 μs，殼體膨脹至原始半徑的約2倍。黑色的爆炸產(chǎn)物氣體從圓柱殼體前端沖出，液體主要沿著半徑方向飛散，飛散形態(tài)符合文獻[8-9]中給出的比藥量較大情況的特征。而液體沖出時前沿較規(guī)則，到達近3倍初始半徑距離時，毛刺狀射流才逐漸明顯。這是由于藥量更大，導(dǎo)致殼體破碎更細小、更均勻。沖出的液體顏色泛白，說明對光線有更強烈的散射，可以認為是氣泡與致密液滴混合體，說明液體(至少是表面液體)已經(jīng)徹底破碎成為細小液滴。

分散的液體形成一個環(huán)狀區(qū)域向外飛散，外界面為液體與空氣界面，內(nèi)界面為液體與爆轟產(chǎn)物氣體界面。開始形成時“液體環(huán)”所占體積已經(jīng)超出初始體積，飛散過程中環(huán)狀液體寬度不斷增加，因此它并非連續(xù)液體。在液體飛散初期，內(nèi)界面最初具有明顯規(guī)則邊界，在飛散的過程中逐漸變得不規(guī)則和模糊，說明爆炸產(chǎn)物氣體與液體的混合發(fā)生于液體飛散過程。

2.1.2 實驗2：3 mm厚PVC材料圓柱殼體

殼體如圖2(b)，兩端為鋁殼端蓋，殼體內(nèi)徑為103 mm，高度為112 mm，端蓋外徑為120 mm，炸藥量為9.4 g，比藥量約為0.010。圖4為起爆后不同時刻的分散流場圖像。

與實驗1和與文獻[8-9]中比藥量較大的實驗相對比，實驗2中液體未形成明顯環(huán)狀區(qū)域，也未形成樹枝狀射流結(jié)構(gòu)，而是從殼體半徑范圍內(nèi)向外擴展的“水幕”。截至起爆后1 ms，拋撒液體與爆炸產(chǎn)物氣體的內(nèi)界面尚未出現(xiàn)，而外界面已經(jīng)推至距爆心3.5倍半徑以外，即該組實驗中沒有觀察到爆炸產(chǎn)物氣體顯著的膨脹過程。

根據(jù)不同時刻液體沖出半徑R1與初始半徑R0的關(guān)系， 結(jié)合液體表觀形態(tài)(表面泛白、呈氣霧狀)，判斷液體已發(fā)生顯著空化或破碎為氣泡、液滴與蒸汽的復(fù)雜混合物。

圖4 實驗2液體飛散情況Fig.4 Photographs of liquid dispersal flow in experiment 2

2.1.3 實驗3：3 mm厚不銹鋼殼體

殼體如圖2(c)，內(nèi)徑為80 mm，比藥量為0.016。實驗時，為考察液體沖出情況，在殼體上管壁中部預(yù)置5 mm寬槽，整個容器內(nèi)有1mm厚度有機玻璃襯膜。圖5為起爆后不同時刻的分散流場形態(tài)。液體首先從開槽部位沖出，不銹鋼殼體破碎與之相比約有100 μs延遲。從液體區(qū)域所占體積進行類似分析可得到，實驗3中沖出的液體也不是連續(xù)液體，而是已經(jīng)空化、破碎形成的氣液混合物。

在實驗3中照片顯示的內(nèi)界面模糊不清，判斷霧狀液體與爆炸產(chǎn)物有較多混合，1.5 ms時外界面擴展至5～6倍初始半徑左右位置。

圖5 實驗3液體飛散情況Fig.5 Photographs of liquid dispersal flow in experiment 3

2.2 殼體效應(yīng)

有機玻璃殼體兩端約束比PVC和不銹鋼弱，實驗中有爆炸產(chǎn)物氣體從兩端沖出，因此在實驗1中爆炸產(chǎn)物氣體泄壓要快于實驗2和3。但比較爆炸產(chǎn)物氣體的膨脹形態(tài)可以看到，實驗1中爆炸產(chǎn)物氣體在起爆后400 μs內(nèi)持續(xù)推動液體向外運動，它與液體界面較清晰易分辨，其膨脹范圍顯著大于容器初始半徑。而實驗2和3中，沒有觀察到爆炸產(chǎn)物氣體顯著的膨脹過程。由此推測，殼體強度越大，爆炸產(chǎn)物氣體膨脹越弱，越早與液體在界面上發(fā)生摻混。

將實驗1與文獻[8-9]中超薄殼體實驗進行對比，圖6給出了實驗1中環(huán)狀液體內(nèi)外界面的位置變化情況、內(nèi)外界面的徑向增長速度，和文獻[8]中0.2 mm薄膠片約束條件下(比藥量6.6×10-4)液體內(nèi)外界面的運動情況。由于實驗過程中，內(nèi)外界面形態(tài)逐漸趨于不規(guī)則和模糊(界面附近的液體已為離散液滴，而不再是連續(xù)液體)，因此本節(jié)中內(nèi)外界面位置的確定由其平均半徑給出，只代表液體(拋撒介質(zhì))所占據(jù)區(qū)域的范圍的變化，而不代表確定液體顆粒的運動軌跡和速度。

由圖6可知，外界面(液體或液滴群與外界空氣界面)向外推進快，內(nèi)界面向外推進慢。實驗1中在起爆后400 μs左右，其內(nèi)界面向外運動的速度由正轉(zhuǎn)負，拋撒液體區(qū)域不僅向外擴展，也向爆心聚攏；而文獻[8]中0.2 mm薄膠片約束條件下，截至起爆后7 ms，其內(nèi)外界面仍處于向外運動情況，亦即其中心爆炸產(chǎn)物氣體仍處于膨脹階段。圖7給出了實驗1與文獻[8]中實驗起爆后1 ms左右液體與爆炸產(chǎn)物氣體界面形態(tài)，可看到實驗1中液體(或液滴群)生成的與爆炸產(chǎn)物氣體在界面附近摻混、以致產(chǎn)生向內(nèi)射流狀的流動形態(tài)，而0.2 mm薄膠片約束條件下中液體內(nèi)界面仍維持平整。后者比前者的約束條件更弱，拋撒液體內(nèi)界面能夠在更長時間內(nèi)維持向外擴展及界面清晰。

圖6 液體內(nèi)外界面的運動情況Fig.6 Movements of inner and outer interfaces of liquid region

圖7 起爆后1 ms液體與爆炸產(chǎn)物氣體界面形態(tài)Fig.7 Configurations of interfaces between liquid and explosive product at 1 ms after detonation

從界面不穩(wěn)定的產(chǎn)生機理，對其中的原因進行分析表明：炸藥起爆初期，在爆炸沖擊波和爆炸產(chǎn)物氣體高壓作用下，液體與爆炸產(chǎn)物氣體界面加速向外運動，產(chǎn)物氣體密度很快降低，界面發(fā)生Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定，產(chǎn)生一定擾動。當殼體約束較強時(如3 mmPVC材料約束和3 mm不銹鋼殼體約束)，爆炸沖擊波在殼體上產(chǎn)生較強的反射沖擊波，反射沖擊波穿過產(chǎn)物氣體-液體界面，原本已有擾動的界面隨即發(fā)生Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定[14]，使擾動更快增長，摻混程度更大；而對于較弱約束情況，反射沖擊波很快被削弱，則沒有Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定對界面擾動的增強作用，液體與爆炸產(chǎn)物氣體的摻混過程也相對較緩慢。

3 數(shù)值模擬

3.1 模型和參數(shù)設(shè)置

因高速攝影拍攝頻率有限，且難以拍攝到不透明殼體內(nèi)部的液體狀態(tài)，因此通過數(shù)值模擬對液體爆炸拋撒早期殼體破碎前后的過程進行研究。根據(jù)上面的實驗結(jié)果，對圓柱形軸對稱爆炸拋撒裝置而言，液體主體主要沿徑向軸對稱拋撒。建立二維計算模型，根據(jù)對稱性，選取橫截面的1/4模型進行計算。計算過程包含炸藥爆轟、分散介質(zhì)運動、殼體(包括爆管和外殼)變形和運動以及周圍空氣的運動過程，其中炸藥(爆炸產(chǎn)物氣體)、分散介質(zhì)和空氣的變形運動較劇烈，因此采用歐拉方法描述，殼體的運動用拉氏方法描述，采用雙精度AUTODYN-2D進行計算。

選取的殼體材料與實驗一致，各部分材料、幾何尺寸和力學(xué)參數(shù)選擇見表1。其中，ri為內(nèi)徑，ro為外徑，ρ0為初始密度，K為體積模量，G為剪切模量，S為拉伸強度，η為斷裂伸長率。炸藥采用JWL狀態(tài)方程，水采用Grüneisen方程，根據(jù)文獻[15]，水能夠承受一定的動態(tài)拉應(yīng)力，約為40 MPa。為了便于比較計算結(jié)果，各種殼體模型的內(nèi)徑保持一致，數(shù)值模擬與實驗結(jié)果對比時主要考察變化趨勢。

表1 計算參數(shù)Table 1 Calculation parameters

計算區(qū)域選擇120 mm×120 mm方形區(qū)域，邊界上設(shè)置無反射邊界條件。對Euler流場采用均勻網(wǎng)格劃分，分別選取240×240網(wǎng)格、480×480網(wǎng)格和960×960網(wǎng)格，對起爆早期過程進行計算，結(jié)果表明480×480網(wǎng)格和960×960網(wǎng)格所反映的流場特征基本一致，因此采用480×480網(wǎng)格進行數(shù)值模擬。計算獲得有機玻璃殼體條件下起爆后100 μs液體內(nèi)、外界面速度約為260和385 m/s，與實驗1測試值(見圖6(b)，分別為306和392 m/s)大致相符。

3.2 計算結(jié)果分析

圖8給出了3種材料殼體情況起爆后不同時刻壓力的徑向分布?？梢钥吹剑敱_擊波在殼體上反射后(爆炸沖擊波到達殼體時間大約22 μs)，隨著殼體的膨脹，液體中出現(xiàn)負壓(即拉伸)區(qū)域。殼體強度不同，反射沖擊波強度不同，則拉伸狀態(tài)出現(xiàn)的時間也不同。

液體受爆炸沖擊加載后出現(xiàn)負壓區(qū)域的主要原因是，炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波強度很高，到達殼體時仍有數(shù)百兆帕，它在殼體外側(cè)反射的稀疏波強度也很大，該稀疏波與Taylor稀疏波相互作用，液體壓力急劇下降，液體產(chǎn)生空化甚至層裂?？栈陌l(fā)展則導(dǎo)致液體破碎成為液滴群。

圖8 不同材料殼體情況起爆后不同時刻壓力的徑向分布Fig.8 Radial distribution of pressure at different times after detonation for different shells

圖9 不同材料殼體情況起爆后不同時刻水中空化氣泡的發(fā)展Fig.9 Cavitation in water at different times after detonation for different shells

圖9給出了3種不同材料殼體約束條件下起爆后不同時刻爆炸產(chǎn)物氣體和液體的膨脹和空化情況。1 mm厚有機玻璃殼體條件下爆炸沖擊波到達液體-殼體界面后，空化幾乎立即在殼體內(nèi)側(cè)壁面附近區(qū)域發(fā)生，與實驗觀測結(jié)果相符；3 mm厚PVC材料殼體約束條件下約有5 μs延遲；而3 mm厚不銹鋼殼體約束條件下空化發(fā)生更遲，且先發(fā)生于液體中部和靠近爆炸產(chǎn)物氣體處，而靠近外界面的部位空化氣泡反而分布較少。這是由于弱約束條件下，殼體上反射沖擊波可忽略不計，強反射稀疏波與跟隨爆炸沖擊波的Taylor稀疏波波在殼體附近相遇，隨即產(chǎn)生拉伸及空化，見圖8(a)。而較強的殼體約束情況下，爆炸沖擊波在殼體上反射也較強，先使液體壓力進一步升高而后因殼體向外膨脹而卸載，當該反射沖擊波到達爆炸產(chǎn)物氣體-液體界面時，向液體內(nèi)反射稀疏波，該稀疏波再與由于外部殼體膨脹產(chǎn)生的稀疏波相遇，才使液體發(fā)生空化，見圖8(c)。因此對于較強殼體約束的情況，空化出現(xiàn)的時間較晚，發(fā)生部位更靠近爆心。

另外，由圖9看到，爆炸產(chǎn)物氣體與液體界面形態(tài)發(fā)展規(guī)律，在約束殼體強度不同時也有較大不同。對3 mm不銹鋼殼體，起爆后100 μs產(chǎn)物氣體與液體界面已發(fā)展得十分不規(guī)則，而對于1 mm厚有機玻璃和3 mm厚PVC材料兩種較弱的殼體約束的情況，界面在該時間內(nèi)保持平滑。這從計算上說明了，殼體約束越強，爆炸產(chǎn)物氣體越早與液體在界面上發(fā)生摻混，與實驗觀測結(jié)果相符合。

4 結(jié) 論

對在比藥量0.01左右、不同殼體材料約束下的液體爆炸拋撒過程進行了實驗和數(shù)值模擬研究，進一步揭示了液體爆炸拋撒早期液體破碎和分散過程的重要形態(tài)特征。主要有如下結(jié)論。

(1)液體在殼體破裂前、沖擊波在外界面上反射過后，已發(fā)生空化現(xiàn)象，性質(zhì)發(fā)生改變，殼體破裂后沖出的“液體環(huán)”是包含大量空化氣泡、液滴和蒸汽的復(fù)雜混合物，殼體較弱時空化發(fā)生在殼體附近，而殼體強度越強，空化發(fā)生的延遲越大，發(fā)生位置越靠近爆心。

(2)殼體約束越強，爆炸產(chǎn)物氣體與液體界面不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)展越快，兩者在局部越早發(fā)生摻混。

所得到的結(jié)論有助于揭示液體爆炸拋撒的液體破碎機理，對液體爆炸拋撒過程的建模尤其是對不同殼體約束條件下爆炸拋撒云團初始粒徑分布的估計，也有一定的指導(dǎo)意義。

[1] Samirant M. Dynamic measurements in combustible and detonable aerosols[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 1989,14:47-56.

[2] Zabelka R J, Smith L H. Explosively Dispersed Liquid[R]. AD-86-3268, 1969.

[3] Gardner D R. Near-field dispersal modeling for liquid fuel-air explosives[R]. SAND-90-0686, 1990.

[4] 薛社生,劉家驄,秦承森.燃料爆炸拋撒成霧的實驗與數(shù)值研究[J].爆炸與沖擊,2001,21(4):272-276. Xue Shesheng, Liu Jiacong, Qin Chengsen. Experimental and numerical investigation on explosive dispersal and cloud forming[J]. Explosion and Shock Waves, 2001,21(4):272-276.

[5] 丁玨.液體的爆炸拋撒理論模型及全過程數(shù)值模擬[D].南京:南京理工大學(xué),2001.

[6] 秦承森,王裴,王麗麗,等.液體環(huán)軸對稱拋灑首次破碎的理論分析[J].爆炸與沖擊,2007,27(3):198-203. Qin Chengsen, Wang Pei, Wang Lili, et al. An investigation of the primary dissemination of breakup in the axisymmetric a liquid ring[J]. Explosion and Shock Waves, 2007,27(3):198-203.

[7] 李磊,崔箭,董玉才,等.液體爆炸分散過程中界面破碎的實驗研究[J].科學(xué)通報,2009,54(12):1693-1700. Li Lei, Cui Jian, Dong Yucai, et al. Experimental investigations to the interfaces breakup during liquid explosive disseminations process[J]. Chinese Science Bulletin, 2009,54(12):1693-1700.

[8] 任曉冰,李磊,嚴曉芳,等.液體爆炸拋撒特征的實驗研究[J].爆炸與沖擊,2010,30(5):487-492. Ren Xiaobing, Li Lei, Yan Xiaofang, et al. Dispersion characters of liquid induced by explosion[J]. Explosion and Shock Waves, 2010,30(5):487-492.

[9] Li L, Ren X B, Lu X X, et al. On the characteristics of liquid explosive dspersing fow[C]∥ICFM2010, WASET. Amsterdam: Academic Science Research, 2010:159-163.

[10] 蔣治海,龍新平,韓勇,等.炸藥爆炸驅(qū)動殼體破裂及液體噴射過程試驗研究[J].含能材料,2011,19(3):321-324. Jiang Zhihai, Long Xinping, Han Yong, et al. Experimental studies on shell fracturing and jet forming and developing process driven by detonation[J]. Chinese Joumal of Energenic Material, 2011,19(3):321-324.

[11] 周保順,王少龍,羅永鋒,等.殼體對燃料近區(qū)拋撒速度影響的數(shù)值模擬[J].火炸藥學(xué)報,2010,33(2):53-56. Zhou Baoshun, Wang Shaolong, Luo Yongfeng, et al. Numerical simulation on influence of shell on fuel near-field dispersal velocity[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2010,33(2):53-56.

[12] 高洪泉,盧芳云,王少龍,等.拋撒藥殼體對一次起爆型云爆彈威力的影響規(guī)律[J].爆炸與沖擊,2011,31(4):380-384. Gao Hongquan, Lu Fangyun, Wang Shaolong, et al. Influences of inner shells outside disperse explosive on SEFAE damage power[J]. Explosion and Shock Waves, 2011,31(4):380-384.

[13] 龍新平,韓勇,蔣治海,等.炸藥爆轟驅(qū)動水的初期過程[J].爆炸與沖擊,2010,30(1):12-16. Long Xinping, Han Yong, Jiang Zhihai, et al. Measurement and numerical simulation of initial stage about detonation products driving water[J]. Explosion and Shock Waves, 2010,30(1):12-16.

[14] Brouillette M. The Richtmyer-Meshkov instability[J]. Annual Review of Fluid Mechanics, 2002,34:445-68.

[15] Bogach A A, Utkin A V. Strength of water under pulsed loading[J]. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2000,41:752-758.

(責(zé)任編輯 丁 峰)

Effects of shell constraints on flow characteristics in an explosive dispersal of a liquid volume

Lu Xiaoxia1, Li Lei1,2, Zhao Shoutian1, Yan Xiaofang1, Wang Jinsheng1, Han Chao1

(1.StateKeyLaboratoryofNBCProtectionforCivilian,ResearchInstituteofChemicalDefense,Beijing102205,China;2.SchoolofAerospace,TsinghuaUniversity,Beijing100190,China)

In this study, experimental investigations on the liquid’s explosive dispersal under different shell constraints were carried out, effects of shell constraints on the early characteristics of the flow field were discussed, and the mechanism for liquid state transition and breakup was analyzed and compared with the numerical simulation. The results show that cavitation occurs in the liquid when the rarefaction waves reflects on the shell. The stronger the shell constraint,the greater the delay of the cavitation that emerges and the closer to the center where the cavitation is located, and the earlier the explosive product mixes with the liquid on the nearby interfaces.

fluid mechanics; explosive dispersal; shell constraint; liquid; cavitation

10.11883/1001-1455(2016)06-0803-08

2015-03-24； < class="emphasis_bold">修回日期：2015-09-22

2015-09-22

國家自然科學(xué)基金面上項目(10572149)；國家自然科學(xué)基金NSAF重點項目(10676120)

陸曉霞(1981— )，女，博士，助理研究員，xiaoxia@ustc.edu.cn。

O357 <國標學(xué)科代碼：1302531 class="emphasis_bold"> 國標學(xué)科代碼：1302531 文獻標志碼：A國標學(xué)科代碼：1302531

A