1 黄石市消防救援支队, 黄石 435000
2 南阳防爆电气研究所有限公司, 南阳 473000
3 武汉理工大学, 武汉 430070
无论暴恐事件、爆炸安全事故, 爆源相关参数如爆炸当量, 始终是爆炸后事故调查的重要内容。爆炸荷载作用下介质的特征痕迹提取与研究是爆炸事故追根溯源与爆源参数获取的重要依据。本文介绍了爆炸特征痕迹(如爆坑、周围建筑物破坏情况、人员损伤程度等)的典型研究进展。对于药包的近地面爆炸、地表裸露爆炸与具有一定埋深的爆炸, 其爆炸后形成的爆坑形状与尺寸存在较大差别。相关学者深入探讨了爆坑尺寸与爆炸当量、炸药高度等的关系。2021年, 国内某金矿发生井下炸药爆炸事故, 系井口焊渣掉落, 引燃井下可燃物及相关爆破器材所致。以爆炸事故现场形成的三个爆坑痕迹为切入点, 基于爆坑尺寸参数, 经反演计算得到其TNT当量分别为654.17 kg、232.49 kg、193.83 kg。根据反演得到的爆炸TNT当量, 计算获得竖井井壁质点振动速度为40 cm/s, 井壁冲击波超压为2129 Pa。通过比对爆炸后罐笼、井壁外观损伤形貌, 计算结果与罐笼、井壁损伤程度具有一致性。该研究方法对类似爆炸事故的溯源追踪具有一定参考价值。
爆炸特征痕迹 爆坑 爆炸当量 超压 explosive characteristic traces explosion crater explosive equivalent overpressure
1 黄石市消防救援支队, 黄石 435000
2 武汉理工大学, 武汉 430070
3 中钢集团 武汉安全环保研究院有限公司, 武汉 430080
4 南阳防爆电气研究所有限公司, 南阳 473000
5 南京理工大学, 南京 210094
以十堰“6·13”重大燃气爆炸事故为研究对象, 构建了集现场勘查、走访与问询、数值计算、理论分析于一体的事故调查技术手段。现场勘查过程中发现, 涉事集贸市场东南角下方河道内残存一段DN57 mm中压天然气管道。该天然气管道紧邻生活污水排水口, 由于长期处于潮湿环境, 管道锈蚀, 局部穿孔破裂。同时结合视频资料、集贸市场周边居民的走访与问询, 发现集贸市场东南角的河道内最先发现淡黄色的天然气烟雾。综合实地踏勘、人员问询与视频监控, 集贸市场下方河道内东南角部位的DN57 mm中压天然气管道为泄漏点。此外, 事故发生前, 存在商户正进行相关动火活动, 部分火星通过排油烟管道进入河道内, 引燃积聚在河道内的预混可燃气, 进而导致爆炸的发生。使用ANSYS/FLUENT数值计算软件, 建立集贸市场下方河道数值模型, 模拟获得河道内积聚的天然气体积为600 m3, 其爆炸TNT当量为225 kg。该燃气体积与爆炸当量与事故调查公布数据一致, 证明此分析方式的可行性。该研究涉及的相关事故调查手段可为同类事故的调查工作提供参考。
天然气泄漏 爆炸当量 数值模拟 超压 natural gas leak explosive equivalent numerical simulation overpressure
兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
激光气体氮化工艺可在钛合金表面快速生成氮化层, 提高钛合金表面硬度和耐磨性, 促进钛合金应用。 采用光纤激光气体氮化Ti-6Al-4V合金, 为了明确氮化过程光谱发射区是否形成等离子体, 采用探针法检测了光谱发射区导电性; 为了研究工艺参数对光谱特性、 光谱发射区温度及等离子数量的影响, 采用光谱仪采集了氮化过程发射光谱, 并采用高速摄像拍摄了光谱发射区域照片。 试验表明, 光纤激光气体氮化Ti-6Al-4V合金过程中, 光谱发射区可以导电, 形成了金属蒸汽等离子体, 这与CO2激光气体氮化钛合金工艺过程中形成的氮等离子体完全不同。 采用光纤激光氮化Ti-6Al-4V钛合金工艺过程中, 工艺参数显著影响金属蒸汽等离子体的数量, 当激光功率较大, 扫描速度较小, 离焦量较小和氮气含量较高时, 光谱发射区可产生金属蒸汽等离子体。 氮化过程发射光谱由连续光谱和线状光谱组成, 连续光谱主要由热辐射产生, 连续光谱强度可以表征光谱发射区温度, 线状光谱主要由等离子区域原子核外电子跃迁产生, 线状光谱强度可以表征等离子体数量。 氮化过程, 随激光功率增大或扫描速度减小, 连续光谱和线状光谱增强, 表明光谱发射区温度升高, 等离子体数量增加; 随离焦量增大, 连续光谱和线状光谱呈先减小后增大之后又减小的复杂变化趋势, 表明光谱辐射区温度先降低后升高之后又降低, 等离子体数量先减少后增加之后又减少; 氮气中加入少量氩气, 可强烈影响氮化过程, 使连续光谱和线状光谱大幅减弱, 随氩气流量进一步增加, 线状光谱和连续光谱继续减弱, 表明氮气中加入少量氩气使光谱发射区温度大幅降低, 等离子体数量大幅减小, 随氩气量进一步增加, 光谱发射区温度继续降低, 等离子体数量继续减少。
工艺参数 光纤激光气体氮化 光谱发射特性 等离子体 Process parameter Fiber laer nitriding Ti-6Al-4V Spectral Emissions Characterization Plasma Ti-6Al-4V
1 上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室,省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海 200444
2 奥趋光电技术(杭州)有限公司,杭州 311106
本文基于自主设计的氮化铝生长炉,开展了四组不同工艺条件下Al极性面氮化铝籽晶同质外延生长氮化铝单晶的生长特征及其结晶质量表征研究。研究发现:不同工艺条件下生长的晶体的拉曼图谱E2(high)特征峰峰位表明,晶体内部均存在较小的拉应力;在坩埚顶部在相对较高温度2 210 ℃、坩埚底部与顶部温差42 ℃的低过饱和度生长条件下,晶体表面光滑,呈现阶梯流生长形貌,并具有典型的氮化铝单晶生长习性面,晶体初始扩张角大于40°,高分辨率X射线衍射(HRXRD)测得0002、1012反射摇摆曲线及拉曼光谱检测结果表明,该条件下生长的氮化铝晶体结晶质量优异,并可实现快速扩径。基于该生长条件,通过外延生长后成功获得尺寸45~47 mm的氮化铝单晶锭,相关表征结果表明生长的氮化铝晶体具有优越的结晶性能。
氮化铝 物理气相传输法 同质外延 生长条件 结晶质量 AlN PVT homoepitaxial growth growth condition crystallinity
1 上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室,省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海 200072
2 奥趋光电技术(杭州)有限公司,杭州 311199
借助专业晶体生长模拟软件FEMAG和自主开发的对流、传质、过饱和度及生长速率预测等有限元模块研究了物理气相传输法(PVT)同质外延生长氮化铝(AlN)单晶工艺时的初始传热及传质过程,并分析了不同形状籽晶台对生长室内的温度场、流场、过饱和度及生长速率的影响。温度场模拟结果表明籽晶台侧部角度改变可影响籽晶表面轴向及径向温度梯度,流场及传质模拟表明籽晶台侧部角度变化对籽晶台周边的传质有巨大影响。传质及过饱和度模拟结果表明,当籽晶台侧部角度为130°时,籽晶表面温度梯度较小且可以完全抑制籽晶台侧部多晶沉积,有利于通过同质外延工艺生长出无寄生、无裂纹的高质量氮化铝单晶锭。
氮化铝 物理气相传输法 同质外延生长 籽晶台 数值模拟 过饱和度 温度梯度 AlN PVT homoepitaxial growth seed-holder numerical simulation supersaturation temperature gradient
光学 精密工程
2021, 29(10): 2444
1 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
3 安徽至博光电技术有限公司, 安徽 合肥 230088
4 安徽工程大学数理学院, 安徽 芜湖 241000
5 淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室, 安徽 淮南 232001
6 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
声传感器和光声池是激光光声光谱技术的核心组件。结合光纤迈克耳孙干涉仪、相位载波解调技术和纵向共振光声池,提出一种共光声池腔的芯轴型空气衬底光纤麦克风。光纤麦克风中的铜毛细管被用作光声池的共振腔,传感臂由10 m长的超细光纤缠绕在铜毛细管上构成,参考臂为5 cm长的短臂且已进行隔声隔振处理。基于结构共振频率稳定的特点,优化光纤麦克风的共振频率,使其略低于光声池的一阶纵向共振频率,以实现准双共振。实验结果表明,麦克风在共振频率为1443 Hz处的最小可检测声压为0.69 μPa/Hz 1/2。在1 kHz处,声压电压响应线性度为99.98%(5 mPa~3 Pa),动态范围为112.52 dB。该光纤麦克风适用于高温、易爆和高电磁干扰等特殊环境下痕量气体的高精度检测。
光纤光学 麦克风 光声光谱 纵向共振光声池 光纤迈克耳孙干涉仪 相位载波解调
1 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
提出一种基于光纤Sagnac干涉仪(FSI)和偏振模干涉仪(PMI)级联结构的高灵敏光纤温度和应变传感器。FSI作为参考干涉仪,是将对温度、应变、弯曲及扭转不敏感的椭圆芯保偏光纤(ECPMF)引入到Sagnac环内制得的。PMI作为传感干涉仪,是对光纤起偏器与末端端面镀金的熊猫型保偏光纤(PMF)的快轴/慢轴以45°角进行熔接制得的。参考干涉仪的自由光谱区(FSR)易被调整为接近传感干涉仪的FSR,从而产生光学游标效应,实现灵敏度放大。实验结果表明:所设计的级联传感器的温度灵敏度达15.56nm/℃,是单个PMI的11.12倍;应变灵敏度达154.04pm/με,是单个PMI的11.81倍。所设计的传感器具有灵敏度高、制作简单、稳定性好等优点,在航空航天、工业生产等领域中具有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 熊猫型保偏光纤 椭圆芯保偏光纤 游标效应 温度和应变传感器
以陕西户县祁村明代公输堂的小木作“天宫楼阁”斗拱为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱衰减全反射(Fourier Transform Infrared Attenuated Total Reflection,FTIR-ATR)法研究了小木作木材的化学组成和结构变化。根据朗伯-比尔定律,计算了木材中半纤维素、纤维素和木质素的留存率,并研究了木构件的腐朽程度。结果表明,利用FTIR-ATR法来定量分析木材中的各主要成分时具有检测准确、快速、无损以及数据重现性好等特点。由于长期暴露在空气中,木构件受到环境中的湿度变化、微生物、紫外线等因素的影响,导致木材中起填充和粘结作用的半纤维素已基本完全降解,木构件的强度、韧性和承载力都有所降低,因此需要对木构件进行必要的加固处理。本研究成果可以为后期的文物保护及修复工作提供可靠的数据支撑。
公输堂 小木作 傅里叶变换红外光谱 化学结构 Gongshu Hall minor carpentry work FTIR chemical structure