一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本申请提供了一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法、装置及存储介质，所述爆炸模拟实验物质扩散计算方法包括步骤：确定待测介质的抛撒区域，在所述抛撒区域布置激光发射单元和光强度传感器单元；向所述抛洒区域抛撒介质，激光发射单元发出光线，光强度传感器单元采集到入射光强信号和出射光强信号；根据入射光强信号和出射光强信号得出入射光强数据和出射光强数据，根据公式1：I＝I0e

【技术实现步骤摘要】
一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法、装置及存储介质


[0001]本申请涉及爆炸模拟
，尤其涉及一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]近几年来，不断发生的危险化学品爆炸事故集“燃、爆、毒”于一体，种类多、数量大，危害严重。比如，2015年“8.12”天津滨海新区危险化学品特大火灾爆炸事故和1993年8月5日深圳市罗湖区清水河村危险品仓库火灾爆炸事故。几次事故的现场处置工作均有力、有序、有效。但是，事故救援过程中也暴露出诸多问题，如在执行化学应急救援任务中，对爆炸作用下毒物扩散过程不清楚，对毒物浓度分布情况和规律没有掌握，只能粗略判断化学危害种类和危害程度，很难进行准确防护，致使救援工作进展缓慢。
[0003]现有技术通常通过爆炸模拟实验的方式，对爆炸进行分析，增加救援经验，但现有技术多采取高速摄影机拍摄，直观但不具体，但爆炸后环境中物质分布情况不明，不利于救援行动迅速高效的开展。
[0004]因此，本领域亟需一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法、装置及存储介质。
[0005]因此，有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法，对爆炸后环境中物质分布情况进行计算。
[0007]本申请的第一方面提供了一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法，包括以下步骤：
[0008]确定待测介质的抛撒区域，在所述抛撒区域布置激光发射单元和光强度传感器单元；
[0009]向所述抛洒区域抛撒介质，激光发射单元发出光线，光强度传感器单元采集到入射光强信号和出射光强信号；
[0010]根据入射光强信号和出射光强信号得出入射光强数据和出射光强数据，
[0011]根据公式1：I＝I0e
‑
τl
，计算所述抛撒区域的浊度数据；τ——浊度、l——含有颗粒管道直径、I——出射光强数据、I0——入射光强数据。
[0012]采用上述方案，当一束强度为I0的单色平行光入射到含有悬浮颗粒的介质时，由于颗粒对光的散射和吸收作用，出射光强I会有一定程度的衰减，待测区域的浊度不同，则光强衰减不同，利用公式能够快速计算出浊度数据，利用处于不同位置的多条光线，即可得出区域内物质分布情况。
[0013]所述颗粒管道直径为激光发射单元和光强度传感器单元之间的间距。
[0014]进一步地，函数关系建立，若单位体积的待测介质中有N个直径为D的球形颗粒，则浊度数据τ，根据公式2：
[0015]σ——颗粒的迎光面积；
[0016]K——消光系数；
[0017]D——颗粒直径(D32
‑
索特尔平均直径表示)。
[0018]采用上述方案，依据消光系数计算浊度，提高计算准确度。
[0019]进一步地，所述消光系数是一个与波长λ、折射率m、粒径d有关的函数，表征为k，λ，m，d，依据Mie光散射理论计算，其表达式公式3如下：
[0020][0021]公式3中：——无因次尺寸参数；
[0022]a
n
、b
n
——Mie系数。
[0023]采用上述方案，计算所述消光系数。
[0024]进一步地，所述消光系数的计算能够通过近似表达式公式4解决计算问题：
[0025][0026]ρ——归一化尺度因子，其定义为公式5：
[0027]采用上述方案，降低计算难度，通过公式4提高计算效率。
[0028]优选地，当1＜m≤1.5时，采用折射率修正系数k
m
，公式6：
[0029]对公式4进行修正，修正后为公式7：k
′
e
(λ,m,d)＝k
m
×
k
e
(λ,m,d)；
[0030]将公式4、公式5、公式6带入到公式7中得，公式8：
[0031][0032]采用上述方案，对公式进行修正，提高计算精度。
[0033]优选地，将公式2、公式7代入公式1，并两边取对数得，公式9：
[0034]λ——光波波长，m——颗粒折射率；
[0035]对公式9中的颗粒数量N采用颗粒的重量浓度C表示，即公式10：
[0036]将公式10带入到公式9得，公式11：利用所述公式11计算颗粒的重量浓度C。
[0037]采用上述方案，能够利用多个光束计算出所述抛撒区域中，各个位置的介质浓度，对模拟爆炸后环境中物质分布情况进行计算，提高救援人员对扩散区域中各个位置的了解，提高救援效率。
[0038]进一步地，粒径随时间变化，由于待测介质的粘度越大分散粒径尺寸越小，呈负相关；而整个分散过程中粒径尺寸稳定越快，呈正相关，不同位置处介质的粒径随时间变化规律，通过公式12，进行拟合：
[0039]公式12中，y—粒径；
[0040]x—时间,ms；
[0041]y0,A1,A2,t1,t2—常数。
[0042]采用上述方案，即可分析得出所述抛撒区域中介质粒径分布规律，为救援人员实际救援提供分析数据。
[0043]进一步地，距离对于粒径尺寸变化无影响。
[0044]进一步地，介质浓度随时间变化，在所述抛撒区域引爆模拟爆炸物，模拟爆炸物中装填有待测介质，由于在同一时刻距爆心不同距离处介质浓度不同，研究同一位置处，不同时刻，介质浓度随时间的变化情况，通过拟合公式13，进行拟合：
[0045]公式13中，y—物质浓度，g/cm；
[0046]x—时间，ms；
[0047]y0—初始浓度，g/cm3；
[0048]Xc—到达峰值的时间,ms；
[0049]A,W—常数。
[0050]采用上述方案，对同一位置处，不同时刻，介质浓度随时间的变化情况通过公式13进行拟合，为救援人员实际救援提供分析数据。
[0051]进一步地，爆轰产物做功，模拟爆炸物由壳体、刺激剂药柱、中心炸药柱组成，爆炸分散过程分为加速阶段、减速阶段、湍流阶段和扩散阶段；中心药柱爆轰和壳体解体时间非常短暂，不考虑爆轰过程及冲击波的传播与反射，忽略爆轰产物沿装药轴向的飞散，认为高温高压爆轰产物的膨胀，推动刺激剂药柱整体径向加速运动，云团加速阶段湍流不显著，因此空气作用力主要是空气对云团的压力，起始阶段，爆轰产物的驱动压力pg大于周围对云团的压力pe，云团向外做加速运动，驱动力对云团所做的正功与空气阻力对云团所做的负功之和就是云团所获得的动能，根据爆轰产物做功过程得出公式14：
[0052][0053]公式14中：下标0表示初始时刻；
[0054]Vog为中心药柱体积；
[0055]Vg为中心药柱爆轰产物体积；
[0056]Vop为刺激剂药柱体积；
[0057]Vp为爆轰产物体积Vg和气溶胶体积Vl之和，单位均为m3；
[0058]ml为刺激剂总质量，单位为kg；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于，包括以下步骤：确定待测介质的抛撒区域，在所述抛撒区域布置激光发射单元和光强度传感器单元；向所述抛洒区域抛撒介质，激光发射单元发出光线，光强度传感器单元采集到入射光强信号和出射光强信号；根据入射光强信号和出射光强信号得出入射光强数据和出射光强数据，根据公式1：I＝I0e
‑
τl
，计算所述抛撒区域的浊度数据；τ——浊度、l——含有颗粒管道直径、I——出射光强数据、I0——入射光强数据。2.根据权利要求1所述的爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于：函数关系建立，若单位体积的待测介质中有N个直径为D的球形颗粒，则浊度数据τ，根据公式2：σ——颗粒的迎光面积；K——消光系数；D——颗粒直径(D32
‑
索特尔平均直径表示)。3.根据权利要求2所述的爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于：所述消光系数是一个与波长λ、折射率m、粒径d有关的函数，表征为k，λ，m，d，依据Mie光散射理论计算，其表达式公式3如下：公式3中：——无因次尺寸参数；a
n
、b
n
——Mie系数。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于：所述消光系数的计算能够通过近似表达式公式4解决计算问题：ρ——归一化尺度因子，其定义为公式5：5.根据权利要求4所述的爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于：当1＜m≤1.5时，采用折射率修正系数k
m
，公式6：对公式4进行修正，修正后为公式7：k
′
e
(λ,m,d)＝k
m
×
k
e
(λ,m,d)；将公式4、公式5、公式6带入到公式7中得，公式8：6.根据权利要求5所述的爆炸模拟实验物质扩散计算方法，其特征在于：计算重量浓度，将公式2、公式7代入公式1，并两边取对数得，公式9：
λ——光波波长，m——颗粒折射率；对公式9中的颗粒数量N采用颗粒的重量浓度C表示，即公式10：将公式10带入到公式9得，公式11：利用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江存，田兴涛，王悦，梁婷，李吉刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军防化学院，
类型：发明
国别省市：