液氧瞬态膨胀定向泄能气体流场结构及脉动特征研究

摘要

为探究液氧瞬态膨胀定向泄能过程中气体流场的相变膨胀及流场结构特征,采用高速纹影试验和超压测试系统相结合的方法,开展不同切缝宽度下液氧瞬态相变膨胀试验,并通过统计软件分析纹影图像亮度平均值(Mean)和脉动均方根(RMS)值的变化特征,结合纹影图像推导图像灰度及流场密度梯度关系,研究液氧相变膨胀不同阶段所对应的流场脉动规律,同时基于采集计算的速度及超压等现场数据分析气体流场的动力学变化特征.研究结果表明:液氧相变膨胀过程分为液氧逸出与燃烧阶段、膨胀破坏阶段,其中后一阶段液氧反应气流脉动程度比前者更剧烈,沿药包切缝方向两阶段的气流密度均发生剧烈变化,两阶段结束后流场密度逐渐衰减为环境密度;窄切缝通道加速气体产物的释放速度,增强了气体的局部压缩作用,引导氧气和燃烧气体定向喷射,促使能量集中于切缝方向,随着切缝宽度增大,气体逸出量增加,药包释放能量的集中程度下降,沿切缝方向对应的气流脉动速度逐渐降低;相较于宽切缝液氧药包,切缝宽度较小的液氧药包在瞬态相变膨胀过程中有效提高液氧相变产物的释放效率和控制能量分布,其泄能集中程度决定了对岩石的定向致裂效果,研究可为定向破岩技术提供新思路.

关键词

切缝药包 / 液氧相变 / 气体流场结构 / 纹影系统 / 脉动特征