收藏本站
收藏 | 论文排版

颗粒散体在爆炸波作用下的动态破碎

薛琨  白春华  
【摘要】:为了改进或控制炸药性能,在高能炸药中添加其他化学物质(如金属粉末等)的非均质炸药成为了国内外的研究热点。非均质炸药,如温压炸药,云爆弹,高密度惰性金属炸药等,要获得优异的毁伤效能,其中非直接起爆物质(如云爆剂,活性或惰性金属粉末)的抛撒分散过程是关键环节之一。大量的实验研究发现,非均质炸药爆轰后整个火球表面被大量均匀分布的规则射流所包围,这些射流携带着大量固液混合物碎片向外喷。因此射流的形成及其结构(尺寸分布,速度分布等)是控制固液混合物抛撒分散的关键机制。早期的研究者采用颗粒层外缘于外界流场之间界面的Richtmyer-Meshkov(RM)失稳来解释颗粒射流的形成。然而RM失稳预测的颗粒射流尺寸与颗粒尺寸相近,这与颗粒射流尺寸远大于颗粒尺寸的实验观察不符,同时RM失稳成长到宏观射流的时间尺度远大于实验捕捉到的射流形成时间。因此颗粒层在中心炸药爆轰驱动下的动态破碎机制,很可是是由整体的动态破碎,而非界面失稳所主导。在中心炸药爆轰后的几百个微秒内,就可以观察到宏观颗粒射流的萌生,这表明颗粒射流的形成,与冲击波与颗粒的相互作用,及颗粒之间的相互作用存在密切的关系。因此深入理解颗粒散体材料在爆炸冲击波,反射稀疏波及爆轰产物气体膨胀作用下的动态响应是至关重要的。本文采用非线性动力学软件AUTODYN分析干燥及饱和砂体在中心TNT炸药爆轰后的动力学行为。为了准确描述包含间隙流体的砂体在高压高应变率载荷条件下的力学行为,我们采用Grujicic等人提出的方法,对Laine和Sandvik通过实验数据拟合的干燥砂体本构模型进行修正,使其可以体现间隙流体的影响。模拟研究发现,干燥砂体在初始冲击波的压缩作用下发生显著压实,而饱和砂体无法进一步压缩,仅仅发生弹性变形。当冲击波达到砂壳的外边界时,向内扩展的反射稀疏波迅速松弛到砂体内的压强,导致压实砂体内部密度迅速下降,由压实体演化成稀疏颗粒剥离层。此后内部爆轰气体的膨胀导致内层的松散颗粒被重新压缩、加速,形成内部颗粒压实层,并追赶外部的颗粒剥离层,质量不断增加。但随着膨胀爆轰气体动量的耗散,内部颗粒压实层减速,减薄,与外部颗粒剥离层分离。因此,稀疏的颗粒剥离层在反射稀疏波的作用下就发生了破碎,而内部的颗粒压实层还可以将构型保持一段时间,在更晚的时间发生破碎。两者的破碎机制截然不同,导致的颗粒碎片(射流)尺寸也存在明显的差别,这与Ripley等人发现的非均质炸药爆轰呈现出主次两套射流结构的现象是一致的。本文重点阐述颗粒剥离层在反射稀疏波作用下的破碎机制。采用基于空心球膨胀的空隙成长破碎描述颗粒压实体的膨胀稀疏化过程。在满足空心球膨胀率与宏观砂体膨胀率一致的前提下,合理选择空心球直径得到的细观尺度压强演化曲线与将砂体散体作为连续体得到的宏观压强演化曲线吻合的很好。由于空心球直径即空隙成核点之间的间距,因此可以通过空心球直径近似颗粒碎片(射流)的尺寸,模型预测值与实验观察值在量级上保持一致。如果设定某一临界孔隙率,如fc~0.8,作为颗粒压实体发生破碎的临界条件,理论预测的破碎发生时间和此时砂体球壳的膨胀直径与实验观察值也吻合的很好。通过与宏观数值模拟结果,以及实验观察值的比对,无论对于干燥砂体还是饱和砂体,空隙球膨胀模型均可以成功的预测射流的发端即射流的特征尺寸,表明空穴成长聚合模型很可能是颗粒剥离层的主导破碎机制。另一点值得注意的是,饱和砂体的特征碎片尺寸远小于干燥砂体(小一个数量级),这与实验中观察到的射流尺寸与间隙流体含量的关系是一致的。我们可以从能量的角度来初步理解这一问题。与固体液体不同,颗粒材料中不存在表面张力,即使对于饱和颗粒材料,高压下表面张力相对于压强也是可以忽略的。因此,能量的主要耗散方式不再是通过生成新的表面,而是通过粘性剪切应力的流动来完成的。粘性耗散率取决于剪切应力与剪切应变率的乘积。对于颗粒材料而言,剪切流动应力与压强成正比。由于饱和砂体不可压缩,进入饱和砂体的冲击波能量不用消耗在压实砂体上,因此压强峰值远大于干燥砂体(高一个数量级)。同时饱和砂体中的声速也远大于干燥砂体中的声速,因此反射稀疏波的传播在饱和砂体比干燥砂体快得多(传播时间小一下数量级),反射稀疏波面在饱和砂体中尖锐的多。尽管粘性耗散与压强和碎片尺寸均存在正相关关系,但压强对粘性耗散的影响远大于碎片尺寸。因此,压强更高的饱和砂体的碎片尺寸更小,但耗散的能量远大于干燥砂体。

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 薛志恒;;浅层地震勘探在砂岩铀矿勘查中的应用[J];河南理工大学学报(自然科学版);2010年S1期
2 陈世悦,杨剑萍,操应长;惠民凹陷西部下第三系沙河街组两种滩坝沉积特征[J];煤田地质与勘探;2000年03期
3 廖曦,马波,沈浩,邹建;应用Jason软件进行砂体及含气性预测[J];天然气勘探与开发;2002年03期
4 王志宏;山科社;;综合物探在层间氧化带砂岩型铀矿勘查中的应用研究[J];铀矿地质;2006年01期
5 李茂;杜建农;;CSAMT法在砂体探测中的应用初探[J];铀矿地质;2008年02期
6 张晓岗;余光华;胡晓辉;;对WZ油田相邻砂体不同孔隙度模式的地质认识[J];国外测井技术;2008年02期
7 王启蕾;邵玉清;张川;;复杂断块精细研究及挖潜效果[J];内江科技;2010年01期
8 卢丽艳;;砂体图的绘制机理及其在喇嘛甸油田喇北东块的应用[J];科技创新导报;2011年02期
9 程日辉,郑和荣,林畅松;反向断阶构造样式与砂质沉积体发育[J];长春科技大学学报;2001年02期
10 赵勇生,马玉新,纪友亮,王永诗,庄文山;五号桩—长堤地区沙河街组砂体储集性及控制因素研究[J];石油勘探与开发;2003年03期
11 台怀忠,翟中喜,段心建,邓生存,杜红军,张玉英;泌阳凹陷砂体与构造配置关系[J];河南石油;2004年01期
12 乔俊,闫萍,石伟,王宝言;董集洼陷沙三上亚段油气成藏条件浅析[J];断块油气田;2004年02期
13 尹寿鹏,任明达,王随继;河流比较沉积学与河流砂岩油藏开发[J];应用基础与工程科学学报;1998年01期
14 欧成华,陈景山;大芦家地区东二_1亚段砂体微相纵横向分布研究[J];西南石油学院学报;1999年02期
15 杨开珍,陈伟明,王德新,李书舜;川西坳陷中南段浅层气的地震响应特征[J];天然气工业;2000年05期
16 李健,王德仁,白兴盈;东濮凹陷沙三~(3-4)亚段层序地层与沉积体系分析[J];石油与天然气地质;2001年02期
17 梁光迅,张建英,阚立岩,魏娟,王强;沈67块流动单元划分[J];特种油气藏;2002年S1期
18 张宗檩,操应长,高永进,姜在兴;东营凹陷沙三段—沙一段层序地层与油气[J];石油勘探与开发;2003年03期
19 邓运华;;断裂—砂体形成油气运移的“中转站”模式[J];中国石油勘探;2005年06期
20 郝琦;刘震;赵贤正;李春霞;;二连盆地坡折带类型及其对高位域砂体的控制[J];西南石油大学学报;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张鹏飞;陈世悦;袁波;;断裂坡折带对砂体分布的控制——以辽河西部凹陷沙河街组为例[A];第九届全国古地理学及沉积学学术会议论文集[C];2006年
2 汤明霞;;严河油田综合调整提高采收率方法与效果评价[A];江汉油田难采储量开发技术研讨会论文集(二)[C];2007年
3 杨有星;金振奎;余宽宏;王哲;;高分辨率层序地层学在重力流沉积环境中的应用[A];“地球·资源”全国博士生学术论坛会议论文摘要集[C];2011年
4 雷云海;李锦花;王国庆;张晓芬;王宪峰;;木头油田精细油藏描述研究与应用[A];低碳经济与科学发展——吉林省第六届科学技术学术年会论文集[C];2010年
5 刘志斌;郝召兵;伍向阳;;深水钻探面临的挑战:浅水流灾害问题[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
6 陈伟;刘大锰;董立;张可铭;;蒙古国塔南凹陷层序地层充填模式及油气聚集规律[A];“地球·资源”全国博士生学术论坛会议论文摘要集[C];2011年
7 郭树起;杨绍普;;非均质变截面杆的自由振动[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
8 武明辉;张刘平;陈孟晋;;榆林气田山西组2段孔隙发育的控制因素分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年
9 赵忠华;张振强;于文斌;董清水;;松辽盆地南部砂岩型铀矿成矿主控因素及找矿方向[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
10 王芸;吴信宝;;微球聚焦测井仪非均质K值的研究[A];1992年中国地球物理学会第八届学术年会论文集[C];1992年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张改玲;化学注浆固砂体高压渗透性及其微观机理[D];中国矿业大学;2011年
2 魏华彬;井楼一区核三段高分辨率层序地层及储层特征研究[D];东北石油大学;2013年
3 曾忠玉;冀中坳陷蠡县斜坡北段沙河街组储层分布与油气聚集[D];中国地质大学(北京);2011年
4 赖维成;渤海海域第三系层序地层模式及地震储层预测技术[D];中国地质大学(北京);2012年
5 解宏伟;油藏精细描述技术在油田二次开发中的应用[D];中国地质大学(北京);2010年
6 孙雨;河流三角洲体系高分辨率层序地层及岩性类油藏成藏规律研究[D];东北石油大学;2010年
7 剧永涛;渤海黄河口凹陷新近系层序地层及隐蔽油气藏研究[D];中国地质大学(北京);2012年
8 朱宗良;老君庙油田古近纪L油层组沉积微相研究[D];西北大学;2011年
9 王明学;大庆西部稠油潜力评价及开发方式优化研究[D];东北石油大学;2011年
10 张振国;开发地震在复杂断块油田开发中的应用研究[D];成都理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李苹;坨状砂体剩余油潜力及开采对策研究[D];东北石油大学;2010年
2 李强;影响砂体连通体积因素的定量评价[D];长江大学;2012年
3 武赛军;浅水湖盆砂体地球物理预测[D];长江大学;2012年
4 孙博宇;葡北三断块精细挖潜示范区砂体细分注采组合模式研究[D];东北石油大学;2013年
5 李秀梅;杏南开发区葡一组油层河间砂体精细研究[D];浙江大学;2011年
6 代盈营;大庆油田杏六中示范区厚油层剩余油分布预测研究[D];长江大学;2012年
7 马艳平;北二东层系重组试验区砂体内部建筑结构研究[D];东北石油大学;2012年
8 石成亮;葡北油田剩余油分布特征及挖潜方法研究[D];东北石油大学;2010年
9 潘志超;长10区块水平井区河道砂体内部建筑结构研究[D];东北石油大学;2012年
10 战沙;鄂尔多斯盆地上古生界正、反韵律砂体与裂缝组合的含气性测井解释方法探讨[D];西北大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 操秀英;朱筱敏:“沉积”在三尺讲台[N];科技日报;2009年
2 胡涛 熊冰清;江汉钟53斜-1井喜获高产工业油流[N];中国石化报;2010年
3 尹永华 李贻晨 刘根芝;在“边边缝缝”里掘金[N];中国石化报;2011年
4 周小鹰 刘俊州 张珺;地震储层预测技术再上新台阶[N];中国石化报;2008年
5 尹希东 徐丽霞 尹利国;胜利桩西厂老168块成功投产10口新井[N];中国石化报;2010年
6 赵春;清河老油区产量不降反增[N];中国石化报;2011年
7 涂兴万;辨析非均质 开发求高效[N];中国石化报;2010年
8 姚秋明 邓道静;雅克拉侏罗系气藏研究获新成果[N];中国石化报;2010年
9 本报记者 赵士振 通讯员 董树合;因层而异 分层开发[N];中国石化报;2010年
10 记者 李祖诗 通讯员 罗劲;江汉勘探获得两个新发现三个新进展[N];中国石化报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978