粉尘爆轰是一种常见的气固两相爆轰,军事领域中的温压武器毁伤过程和工业领域中的粉尘爆炸事故均是典型的粉尘爆轰现象。粉尘爆轰过程中粉尘的种类、粒径和密度等因素都对爆轰波的参数有着重要的影响,温压武器和工业安全事故中粉尘爆轰多发生在复杂结构环境中,因此开展不同因素对粉尘爆轰的影响、粉尘爆轰的爆轰波传播规律和温压效应的研究,对于国防武器研制和工业安全防控有着重要意义。本文主要改进了流场中铝粉尘的燃烧反应模型,研究了粉尘粒径及密度对管道中粉尘爆轰的爆轰波参数影响,研究了复杂几何空间内粉尘爆轰的爆轰波传播规律。研究了悬浮粉尘云团的爆轰波在自由场、复杂几何空间内的温压效应,具体研究工作如下:1)改进铝粉尘燃烧反应模型。如果流场温度高于Al₂O₃沸点时,铝粉尘燃烧生成的Al₂O₃会发生分解,流场温度将不超过Al₂O₃沸点,Al₂O₃分解假定生成气态Al和O₂。当爆轰波后流场中温度下降低于Al₂O₃沸点后,流场中存在的气态Al会继续和空气中O₂反应生成Al₂O₃释放能量,我们称之为“二次反应”。在数值模拟程序中增加了“二次反应”模型。2)对空气中悬浮铝粉尘爆轰进行了数值模拟研究。研究了尘颗粒半径对于爆轰波参数的影响,数值模拟表明颗粒尺寸变小后可以明显提高爆轰波压力和速度。数值模拟得到了悬浮铝粉尘在爆轰波管中的爆轰波胞格结构,粉尘浓度0.3kg/m³半径4.5μm时横向胞格尺寸为0.83m。研究了空气中悬浮半径为2.0μm,当量比为1的铝粉尘爆轰的爆轰波在管道连接的两个大空间内起爆及爆轰波传播规律,由于爆轰波在密闭空间内会产生多次反射波,多次反射波相互作用,导致在左侧空间形成了18MPa的局部高压区,管道出口处爆轰波速度为1571m/s,压力达到2.85MPa,基本达到稳定传播状态,表明爆轰波可以通过绕射进入管道逐渐达到稳定,并通过绕射传播进另一空间。3)对空气中悬浮RDX-Al混合粉尘爆轰进行了数值模拟研究。研究了混合粉尘中颗粒半径对于爆轰波结构的影响,当炸药颗粒半径为10μm时,在铝颗粒半径大于2.0μm时会出现双波阵面现象,这是由于炸药颗粒与铝颗粒的放热时间差异造成的。研究了管道中空气中悬浮RDX-Al混合粉尘爆轰过程中固定RDX粉尘浓度时不同铝粉尘浓度对爆轰波速度、爆轰波压力的影响,结果表明计算范围内铝粉尘浓度减小时爆轰波波速、压力相应减小,CJ点压力、温度减小,反应区变窄。模拟了复杂通道内混合粉尘爆轰过程,对比铝粉尘的爆轰过程发现,额外加入RDX粉尘后可以明显提高流场的峰值压力、温度及爆轰波传播速度。4)对空气中悬浮铝粉尘爆轰产生的温压效应进行了数值模拟研究。结果表明,在云团中心点火起爆后,爆轰波压力逐渐上升并在到达云团边缘处时达到最大值,而后由于冲击波与粉尘云团发生分离,冲击波压力会迅速衰减,流场中心形成火球。粉尘颗粒直径为2mm时,当粉尘云团浓度减小后,流场中冲击波压力极值变小,冲击波速度及火球温度,火球传播距离都相应减小,而火球内氧气体积分数增多。粉尘云团当量比为1时,当粉尘颗粒尺寸增大后,流场中冲击波压力极值略微减小,冲击波速度也略微减小,对火球传播距离影响很小,火球温度略微增加。5)对空气中悬浮铝粉尘爆轰产生的毁伤效应进行了数值模拟研究。颗粒直径2mm,当量比为1,半径3m的云团爆炸后形成的火球传播距离为10m,爆炸产生的冲击波在传播至24.5m处时超压为0.1MPa,到达28m处时超压为0.09Mpa,根据云爆弹定型实验规程中的冲击波对人体损伤程度说明,可以认为半径24.5m范围内致人死亡,24.5m至28m计算范围内对人体造成严重损伤。同时讨论了铝的“二次反应”对铝粉尘云团爆炸后毁伤效应的影响,结果表明,铝的“二次反应”可以明显提高火球内温度。6)对空气中悬浮RDX-Al混合粉尘在自由场中爆轰产生的毁伤效应进行了数值模拟研究。研究对比了相同起爆条件下密度为0.71kg/m³的RDX-Al混合粉尘云团和炸药粉尘云团的温压效应的差异。数值模拟结果表明,混合粉尘云团的冲击波在28m处时超压为0.11MPa,而相同总密度的单独炸药粉尘云团的冲击波在28m处时超压为0.095MPa;混合粉尘云团爆炸形成的火球比单独炸药粉尘云团爆炸形成的火球温度提高750K,表明在同等质量下在加入铝粉尘后,大大提高了炸药粉尘云团爆炸的温压效应。7)对空气中悬浮RDX-Al混合粉尘爆轰在复杂几何空间内的毁伤效应进行了数值模拟研究。粉尘云团爆轰产生的冲击波与固壁作用后在壁面附近会形成局部高压区域,冲击波与固壁作用会产生反射波,反射波之间相互作用后也会形成局部高压区域,冲击波在拐角区域产生绕射。粉尘云团爆轰形成的火球在拐角区域产生绕射现象,并在拐角区域形成低温涡区,当反射波与火球发生作用后会大幅提升火球温度。