通过在爆炸物周围适当地布置水墙来减少由意外爆炸引起的破坏,可以减轻爆炸引起的人员和建筑物的损害,减小爆炸物存储点的危险区域面积;在封闭空间内,水被加热或直接汽化可以吸收爆炸产生的大量能量,使爆炸产物的平均温度降低,降低封闭空间内的气压。现有的实验结果表明,适量水被放置在爆炸物周围后可以降低准静态压力达90%以上,具有良好的应用前景。为了评估在封闭空间内放置水作为消减爆炸载荷措施的可行性,本文比较全面地研究了在爆炸物周围置水对爆炸载荷的影响规律。本文通过实验和数值模拟相结合的方法,研究了水在爆炸作用下的运动变化过程,开展了不同工况下水对爆炸载荷的影响规律,分析了封闭空间内水对爆炸载荷的作用机理和能量耗散机制,并将水作为消波措施在爆炸容器内进行了初步验证。具体研究内容如下:(1)设计了球形置水爆炸装置,用高速相机拍摄了该装置爆炸时水在爆炸作用下的扩散过程,分析了水与炸药的质量比(简称水药比)<10条件下水在爆炸冲击波作用下喷射、加速、破碎、雾化等演变历程,研究了水的扩散速度和水层前的空气冲击波变化规律,为分析水对爆炸载荷的作用机理提供给了依据。设计了封闭空间爆炸水雾实验平台,并用该平台开展了在封闭空间内水雾特性实验,探索研究了水雾在封闭空间的分裂、破碎、雾化、振荡等过程。(2)基于用水包围炸药消减吸收封闭空间内爆炸冲击波能量的方法,利用球形置水爆炸装置,开展了封闭空间内水对爆炸载荷的影响规律研究。建立了封闭空间内置水爆炸的实验测试系统,开展了不同工况下水对0.128 m/kg1/3、0.255 m/kg1/3、0.468 m/kg1/3、1.21 m/kg1/3等比例距离处的爆炸载荷的影响规律研究,根据实测的反射超压、准静态压力、温度、冲量、结构响应等参数,比较全面地评估了水药比、比例距离、水药之间的空气间隙、盛水容器等置水条件对水的消波效果的影响。结果表明,比例距离是影响水消波的关键因素,较大的比例距离更利于水对爆炸载荷的消减效果;比例距离过小,水反而会增强爆炸威力。水药比是影响水消波的重要因素,在比例距离一定的情况下,适量的水通常为2～4倍药量可以基本满足水消波的要求。在比例距离较大时,可以适当提高水药比。水药之间的空气间隙有利于水对爆炸载荷的消减效果。盛水结构的材料密度越低、波阻抗越小,越有利于降低盛水结构对水消波的不利影响。(3)建立了球形置水爆炸计算模型,研究了中心起爆的球形炸药在球形水中的爆炸过程。利用SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对爆炸初始阶段水与爆炸冲击波作用过程进行了数值模拟研究,探索研究了水层在冲击波作用下的自由面稳定性问题及其运动、破碎等过程。采用LS-DYNA和FLUENT两种软件组合动力学仿真的计算方法,对爆炸后期在爆炸作用下包裹炸药的水层的分裂、破碎、雾化等运动过程进行了研究。用AUTODYN软件对刚性容器内不同水药比爆炸进行一系列的数值计算,通过实测的反射超压波形和流场演变的对比,分析研究了实测的反射超压形成机理。(4)综合数值模拟、高速摄像和置水爆炸实验结果,探讨了在炸药周围包裹水层对爆炸载荷的影响机理。分析认为,水在爆炸作用下,初期以吸收爆炸能量转化为水的动能为主,因此会降低空气冲击波威力、延长到时,而水对距爆心较近的结构壁面的撞击作用将不可忽视,反映在实测的反射超压峰值较大,结构变形大于无水爆炸结果;随着传播距离的增加,中期以水在空气阻力作用下雾化、减速为主,其撞击作用将迅速减小,对封闭空间内来回反射冲击波将产生较好的消减效果,使封闭空间的自由场更快趋于平稳,因此置水爆炸的反射超压波形振荡较少或平缓;后期以水与高温气体的热交换作用为主,水的加热和汽化将会对封闭空间内的准静态气压和温升产生显著效果,置水爆炸时准静态压力和温升均小于无水的60%以下。(5)通过理论分析研究了封闭空间内水汽化对水消减准静态气压的影响,实验研究了水墙代替沙墙对封闭空间消波效果的影响。结果表明,水汽化后产生的气压不会对封闭空间内气压造成负面影响。当载荷密度(炸药当量与封闭空间的有效容积)一定时,水汽化越多则气压越小;当水汽化量与炸药的比值一定时,载荷密度越大则气压越小。通过在容器内用水墙结合沙墙代替全沙墙进行消波防护的爆炸实验,评估了封闭空间内应用水墙消减爆炸冲击波的效果,实验结果表明,1/5的沙墙被水墙代替后的消波效果比全沙墙更好,可以有效降低封闭空间内的爆后准静态气压,且下降幅度高于全沙墙,最高可达全沙墙的50%,表明该工况下水和沙子组合的消波效果优于全沙子消波。初步验证了水在爆炸容器中应用的可行性,可以为水消波技术的工程应用提供借鉴。