惰性气体-水雾协同抑爆甲烷研究_胡双启.pdf

文章编号:1009-6094(2023)07-2321-06惰性气体 水雾协同抑爆甲烷研究*胡双启1，朱文博1，胡立双1，刘耿麟1，李连强2(1 中北大学环境与安全工程学院，太原 030051;2 兵器工业卫生研究所，西安 710065)摘要:采用自行改造的 20 L 球形爆炸容器进行瓦斯抑爆研究，试验中采用分压法来制备混合气体，定量描述了爆炸压力、爆炸压力上升速率及抑爆效率等特征，分析了在 3 种惰性气体(CO2、N2和 Ar)作用下 CH4的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率。结果表明，CO2的抑爆效果优于其他两种惰性气体，当 CO2的体积分数达到 6%时，CH4的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率分别降为 0.113 MPa 和1.58 MPa/s，下降了 78.6%和 86.4%。通过试验可知，3 种惰性气体均能延缓瓦斯爆炸的发生，降低爆炸的强度，但对于 N2和 Ar 而言则需要增加惰性气体的体积分数以达到与CO2相同的抑爆效果。基于上述单相抑爆结果，选择 3 种惰性气体中抑爆效果最佳的 CO2来进行惰性气体 水雾协同抑爆效率的研究。通过大量重复性试验得出，2%CO2 1MPa 水雾抑爆效率由单相体积分数为 2%的 CO2抑爆20.3%提高至 38.5%，抑爆效率明显提升，表明惰性气体和水雾的协同抑爆效率高于单相惰性气体和水雾的抑爆效率，惰性气体和水雾的协同抑爆效果随惰性气体浓度和水雾雾化压力的增加而逐渐增强，但两者在抑爆效果方面不存在线性相关关系。关键词:安全工程;瓦斯爆炸;惰性气体;爆炸特性;协同抑爆中图分类号:X932文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2022.0095*收稿日期:2022 01 20作者简介:胡双启，教授，博导，从事兵器安全技术研究，hsq nuc edu cn。基金项目:山西省基础研究计划项目(20210302123030)0引言煤炭是我国主要能源之一，在我国能源结构中占有重要地位。近 20 a 来我国发生煤矿重特大事故近 600 余起，其中重大事故 4 600 余起、死亡人数达 8 000 人1。尽管随着采煤工艺及防、阻、抑爆技术的发展，事故及伤亡人数有所下降，但煤矿重特大事故预防困难，难以完全消除。由于煤矿井下相对密闭，空间狭长曲折，一旦发生瓦斯爆炸，极有可能引发爆燃至爆轰的转变，造成井下结构坍塌，人员伤亡。因此，对于瓦斯爆炸抑制技术的研究仍具有实际意义和应用价值。余明高等2 基于透明有机爆炸管道研究了不同浓度 CH4 空气预混气体的爆炸压力变化规律，分析了 CH4 空气预混气体的火焰传播情况。王燕等3 研究了利用惰性气体(CO2、N2)强化 KHCO3冷气溶胶系统的 CH4抑爆机理，分析了惰性气体增效原因。张江等4 和 Movileanu 等5 对比了不同惰性气体对可燃气体的爆炸抑制效率，发现惰性气体可以通过缩短可燃气体的爆炸极限起到抑爆的作用。闫侠等6 和王德荣7 利用惰性气体对可燃碳氢化合物抑爆机理进行分析，得到不同惰性介质下的抑爆规律。在气液双相抑爆研究方面，Battersby 等8 于2012 年首次提出了开展有关 N2 超细水雾抑制 H2爆炸的试验研究，其中就超细水雾密度和 N2浓度对爆炸产生的影响进行了一系列分析，为日后气液双相抑爆的研究奠定了基础。Yang 等9 和 Modak等10 对化学当量浓度下 CH4/空气火焰结构与液滴的相互作用进行了研究，得出细水雾对于火焰抑制主要是通过吸收火焰中的热量来达到抑爆的效果，同时发现在远离化学当量浓度的情况下，不同粒径水雾对火焰的抑制效果差异并不明显。路长等11 建立了全氟己酮与惰性气体协同对 CH4进行抑爆的试验模型，从爆炸超压、全氟己酮与惰性气体的用量两方面证明了全氟己酮与惰性气体抑制 CH4时具有协同效应。韦双明12、杨克等13 和裴蓓等14 研究了惰性气体 水雾对 CH4的协同抑爆作用，给出了不同抑爆工况下火焰及爆炸超压的发展特征。国内外大多数学者选择使用柱形管作为试验仪器进行抑爆试验，因为柱形管便于观察火焰的结构形态及测算火焰的传播速度，但由于爆炸室是管状结构，火焰接触冷管壁会损失一部分燃烧反应产生的热量，使得实际的 Kst(爆炸指数)较低。因此本文选择误差相对较小的 20 L 球形爆炸装置对气液协同抑爆的爆炸压力及爆炸压力上升速率进行研究，定量分析不同惰性气体浓度及水雾雾化压力下的抑爆效率，研究气液抑爆的协同抑制及线性关系。1试验装置本文自行搭建了 20 L 球形爆炸装置，见图 1。该装置主要包括 20 L 球形不锈钢爆炸容器、时间控制系统、配气系统、点火系统、压力采集系统及水雾抑爆系统。可视化视窗采用耐高温、热膨胀系数低、具有良好光学性能的石英玻璃(二氧化硅的质量分数超过 99.995%)，通过视窗便于清晰观察本次试1232第 23 卷第 7 期2023 年 7 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 7Jul，20231真空泵;2针型阀;3真空表;4排气喷嘴;5空气气瓶;6CH4气瓶;7电极;8钢钉;9电火花发生器;10时间控制器;11触发器;12压力传感器;13数据采集装置;14计算机;15水雾装置。图 120 L 球爆炸装置图Fig 1Diagram of 20 L explosive device验中 CH4发 生 爆 炸 与 否。该 装 置 最 大 可 承 压6 MPa。2试验结果2.1惰性气体对 CH4的抑爆研究试验初始温度均为300 K，压力为1 个标准大气压(101 325 Pa)，通过改变惰性气体的种类及其浓度，研究不同抑爆气体下的爆炸特征参数。图 2 4分别为不同体积分数的惰性气体(CO2、N2和 Ar)抑制当量浓度 CH4爆炸的压力变化曲线，发现惰性气体能够有效延迟爆炸发展速度，降低爆炸峰值。不同惰性气体抑爆下，爆炸压力发展趋势一致，但在强度上存在显著差异。通过对比图 2 4 可知，3 种惰性气体均能有效降低爆炸压力。随惰性气体体积分数增加，爆炸压力发展趋于平缓。这是因为在惰性气体的扩散作用下，火焰传播的速度大幅度降低，同时增加了火焰结构的稳定性，减少了爆炸空间中的湍流，降低了火焰面与预混气体的接触面积，从而降低了爆炸压力。向当量浓度的 CH4中通入 2%的 CO2，爆炸压力降幅可达到 20.3%;使用相同体积分数的 N2抑爆效果稍弱，降幅为10.4%;而 Ar 抑爆效率最低，降幅仅为CO2抑爆的50%。通过对比同体积分数的惰性气体进行抑爆时的爆炸压力，发现使用较低浓度 CO2便可达到显著的抑爆效果。图 5 为体积分数为 9.5%的 CH4最大爆炸压力降低率随 3 种惰性气体体积分数变化的趋势图。通过 3 种惰性气体的抑爆效果及图 5 分析可知，惰性气体抑爆效率与体积分数呈正相关。当 CO2的体积分数达到 6%时，最大爆炸压力为 0.113 MPa，压力降低率为 78.6%，具有最佳压力衰减效率;6%N2和 6%Ar 下爆炸压力的压力降低率分别为 47.8%和 46.1%。对比上述爆炸压力数值及压力降低率图 29.5%CH4爆炸压力随 CO2体积分数的变化Fig 2Variation of 9.5%CH4explosion pressurewith CO2volume fraction图 39.5%CH4爆炸压力随 N2体积分数的变化Fig 3Variation of 9.5%CH4explosionpressure with N2volume fraction图 49.5%CH4爆炸压力随 Ar 体积分数的变化Fig 4Variation of 9.5%CH4explosion pressurewith Ar volume fraction2232Vol 23No 7安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 7 期可以得出，当3 种惰性气体的体积分数都在6%的高浓度情况下，CO2仍具有最佳抑爆效率，N2次之，Ar最低。下面对 3 种惰性气体的最大爆炸压力上升速率进行具体分析。通过对爆炸压力变化趋势进行分析，定量描述惰性气体抑制下 CH4爆炸压力上升速率的变化规律。由图 6 8 可知，3 种惰性气体均能够使 CH4的最大爆炸压力上升速率降低，无抑爆介质时最大爆炸压力上升速率为 11.65 MPa/s，充入6%CO2，最大爆炸压力上升速率降低至 1.58 MPa/s，降幅为 86.4%;在相同惰性气体体积分数下的 N2和 Ar 使爆炸压力上升速率分别降低 67.4%与63.9%，继续增大 N2和 Ar 体积分数仍能降低爆炸压力上升速率。因此可以通过增加惰性气体浓度达到与 CO2相同的抑爆效率。图 6CO2条件下压力上升速率变化趋势Fig 6Variation trend of pressure riserate under CO2condition2.2CO2水雾协同对 CH4的抑爆研究基于上述惰性气体抑爆分析，选择抑爆效率最图 59.5%CH4爆炸压力降低率随 3 种惰性气体体积分数的变化Fig 5Variation of 9.5%CH4explosion pressure reductionrate with volume fraction of three inert gases高的 CO2作为协同抑爆中的气相惰性介质，由于水雾可通过蒸发吸热的方式降低爆炸温度，同时在水蒸气的隔氧窒息作用下减小爆炸流场中可燃混合物浓度，从而降低燃烧速率，使用双相抑爆手段可以达到更佳抑爆作用。试验中雾化喷嘴孔径为 1.5 mm。通过对 CO2的体积分数和水雾雾化压力进行改变，研究 CH4最大爆炸压力的变化规律。由图 9 可知，使用 1 MPa 单相水雾进行抑爆时，最大爆炸压力由0.527 MPa 降为0.401 MPa，降幅为23.9%;在相同雾化压力下，同时通入 2%CO2时，最大爆炸压力为 0.324 MPa，降幅提升至 38.5%。通过与 2%CO2单相气体、1 MPa 水雾单相液体抑爆效率进行对比可知，CO2与水雾产生协同抑爆作用，显著降低爆炸压力，110 ms 时无第二波峰产生。同时 CH4到达最大爆炸压力峰值的时间也出现了延长的趋势。当 CO2体积分数达到 4%时，到达峰值的时间为 110 ms，相比 CH4爆炸达到峰值时间的 80 ms，最大爆炸压力峰值时间延迟了 30 ms。由图 10 可知，随水雾雾化压力增加，爆炸压力图 7N2条件下压力上升速率变化趋势Fig 7Variation trend of pressure riserate under N2condition图 8Ar 条件下压力上升速率变化趋势Fig 8Variation trend of pressure riserate under Ar condition32322023 年 7 月胡双启，等:惰性气体 水雾协同抑爆甲烷研究Jul，2023图 9不同体积分数 CO2对 CH4爆炸压力的影响Fig 9Effect of different volume fractions CO2on CH4explosion pressure图 10不同雾化压力对 CH4爆炸压力的影响Fig 10Influence of different atomization pressureon CH4explosion pressure出现了显著的下降，使用 2%的 CO2和 2 MPa 水雾进行抑爆，最大爆炸压力为 0.269 MPa，降幅为48.9%;仅增大雾化压力为 3 MPa 时，最大爆炸压力为 0.242 MPa，降幅为 54.1%。因此可知，使用 2%CO22 MPa 协同抑爆与 2%CO23 MPa 协同抑爆的抑爆效率相差不大，表明 2%CO22 MPa 协同抑爆已经到达了较好的抑爆效果。通过对惰性气体浓度和水雾的雾化压力进行定量比较，发现惰性气体协同水雾抑爆比单相气体或单相水雾抑爆效果要明显，但二者在抑爆效果上呈非线性关系，气液协同抑爆不会随惰性气体体积分数与水雾通入量的增加而呈现线性增长的趋势。2.3CO2水雾协同抑爆机理分析根据薄膜理论得出的强迫气流中液滴蒸发时间(t)计算公式15 如下。t=ds d0Km(1)Km=dmNuPecpmln(l+BT)(2)式中m为混合气体的导热系数;cpm为混合气体比定压热容;d 为混合气体的蒸发常数;BT为传热数;Pe 为贝克莱数，Pe=vl/Dm;v 为流体的特征速度;l为流场的特征尺寸;Dm为分子扩散系数，反映了强迫扩散与分子扩散之比;Nu 为努塞尔数;ds为当前液滴直径;d0为初始液滴直径。惰性气体 水雾协同抑爆主要分为两方面:一是通过水雾雾滴吸收热量，降低反应容器中爆炸所产生的高温，降低 CH4爆炸过程中的化学反应速率;二是通过稀释反应物的浓度，破坏化学反应中的链式反应，降低反应中自由基的体积分数。由此可见，在惰性气体的稀释效应下，初始层流火焰以相对较低的速度传播，Nu 减小，Km随之减小，使得液滴蒸发时间延长，进而导致液滴在火焰区的停留时间增加，雾滴蒸发，增强了水雾对火焰阵面和已燃气体的冷却作用，降低了瓦斯爆炸火焰传播速率及爆炸压力上升速率16。在惰性气体 水雾协同抑爆中，惰性气体的扩散能力优于水雾的雾滴，二者相结合使得火焰的传播速度及温度显著降低，同时增加了火焰的厚度和稳定性，使得火焰锋面具有更好的抗变形能力，更容易让大粒径水雾进入火焰锋面 17。因此，在现实生活中，惰性气体 水雾协同抑爆对于水滴粒径的要求可以适当放宽，从而达到有效性和经济性的双重目的。3结论在 20 L 球中利用 CO2、N2和 Ar 三种惰性气体对 CH4的爆炸特性参数进行了研究，同时对 CO2水雾协同抑爆进行了研究，在对其进行比较后，得出了以下结论。1)对比3 种惰性气体，CO2具有最高抑爆效率，在6%CO2抑制作用下，当量 CH4爆炸的最大爆炸压力及爆炸压力上升速率的降幅分别为78.6%和86.4%。2)3 种惰性气体均能够有效延迟瓦斯的爆炸，降低爆炸强度。对于 N2及 Ar，需要提高气体浓度以达到与 CO2相同的抑爆效率。3)惰性气体 水雾协同抑爆效率高于单相惰气和水雾抑爆。惰性气体 水雾协同的抑爆效果会随着惰性气体体积分数与水雾通入量的增加而逐渐增强，但在抑爆效果方面，二者不具有线性关联。4232Vol 23No 7安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 7 期参考文献(eferences):1朱云飞，王德明，李德利，等 20002016 年我国煤矿重特大事故统计分析J 能源与环保，2018，40(9):40 43.ZHU Y F，WANG D M，LI D L，et al Statistics analysisof serious coal mine disasters from 2000 to 2016 in China J China Energy and Environmental Protection，2018，40(9):40 43.2余明高，孔杰，王燕，等 不同浓度甲烷 空气预混气体爆炸特性的试验研究J 安全与环境学报，2014，14(6):85 90.YU M G，KONG J，WANG Y，et al Experiment studyon explosion characteristic features of the methane-air pre-mixture at different concentrationsJ Journal of Safetyand Environment，2014，14(6):85 90.3 王燕，林森，李忠，等 惰性气体对 KHCO3冷气溶胶甲烷抑爆性能的影响研究 J 煤炭科学技术，2021，49(2):145 152.WANG Y，LIN S，LI Z，et al esearch on synergisticeffect of inert gas on methane explosion suppressionperformance of KHCO3cold aerosol J Coal Science andTechnology，2021，49(2):145 152.4 张江，罗振敏，杨忠民 不同可燃气体影响氮气惰化甲烷爆炸的试验 J 安全与环境学报，2019，19(2):494 501.ZHANG J，LUO Z M，YANG Z MExperimentalapproach to testing the impact of different flammable gaseson the inertion of methane explosion via nitrogenJ Journal of Safety and Environment，2019，19(2):494 501.5 MOVILEANU C，AZUS D，MUSUC A，et al Additiveinfluence on quenching distances and critical ignitionenergies of ethylene-air mixturesJ Fuel，2017，193:401 410.6闫侠，邵伟，许巍巍，等 惰性气体对异丙醇爆炸抑制作用的试验研究J 消防科学与技术，2020，39(1):35 37.YAN X，SHAO W，XU W W，et al Experimental studyon the explosion suppression effect of inert gas onisopropanol J Fire Science and Technology，2020，39(1):35 37.7 王德荣 惰性气体抑制油气爆炸的机理分析及实验模拟 J 工业安全与环保，2007，33(9):37 38.WANG D Analysis on the mechanism of using inertgas for inhibiting explosions of fuel vapor and experimentalsimulation J IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection，2007，33(9):37 38.8 BATTESBY P N，AVEILL A F，INGAM J M，et alSuppression of hydrogen-oxygen-nitrogen explosions byfine water mist:Part 2.Mitigation of vented deflagrations J International Journal of Hydrogen Energy，2012，37(24):19258 19267.9 YANG W H，KEE J The effect of monodispersed watermists on the structure，burning velocity，and extinctionbehavior of freely propagating，stoichiometric，premixed，methane-air flames J Combustion Flame，2002，130(4):322 335.10MODAK A U，ABBUD-MADID A，DELPLANQUE JP，et al The effect of mono-dispersed water mist on thesuppression of laminar premixed hydrogen-，methane-，and propane-air flamesJ Combustion Flame，2006，144(1/2):103 111.11 路长，苏振国，陈硕，等 全氟己酮与惰性气体对甲烷爆炸的协同阻爆作用 J/OL 安全与环境学报:1 9 2023 01 02 https:/kns cnki net/kcms/detail/detailaspx?dbcode=CAPJdbname=CAPJLASTfilename=AQHJ20220314006uniplatform=NZKPTv=8I6eb9my9pMDv3SxvgvqX7aFkFQW4p809hMwH2-JUhxaTN5nsghqF-f8HTS423VLU C，SU Z G，CHEN S，et al The synergistic effect ofperfluorohexanone and inert gas on methane explosion J/OL Journal of Safety and Environment:1 9 2023 01 02 https:/kns cnki net/kcms/detail/detailaspx?dbcode=CAPJdbname=CAPJLASTfilename=AQHJ20220314006uniplatform=NZKPTv=8I6eb9my9pMDv3SxvgvqX7aFkFQW4p809hMwH2-JUhxaTN5nsghqF-f8HTS423V 12 韦双明 气液两相介质影响瓦斯爆炸球形火焰自加速特性研究 D 焦作:河南理工大学，2019.WEI S M Study on self-acceleration characteristics ofgas explosion spherical flame affected by gas-liquid two-phase medium D Jiaozuo:Henan University ofTechnology，2019.13 杨克，王壮，邢志祥，等 氩气协同超细水雾抑制甲烷爆炸试验研究J 中国安全科学学报，2020，30(7):55 61.YANG K，WANG Z，XING Z X，et al Experimentalstudy on synergistic gas explosion suppression by argonand ultra-fine water mistJ China Safety ScienceJournal，2020，30(7):55 61.14 裴蓓，韦双明，陈立伟 等 CO2 超细水雾对 CH4/Air 初期爆炸特性的影响 J 爆炸与冲击，2019，39(2):169 178.PEI B，WEI S M，CHEN L W，et al Effect of CO2-ultrafine water mist on the initial explosion characteristicsof CH4/Air J Explosion and Shock Waves，2019，39(2):169 178.15 徐通模，惠世恩 燃烧学 M 北京:机械工业出版社，2015:1 28.XU T M，HUI S ECombustion M Beijing:Machinery Industry Press，2015:1 28.16 陈先锋 丙烷 空气预混火焰微观结构及加速传播过程中的动力学研究D 合肥:中国科学技术大学，2007.CHEN X F esearch on the microstructure of propane-air premixed flame and its dynamics during acceleratedpropagationD Hefei:University of Science andTechnology of China，2007.17 裴蓓 气液两相介质抑制管道瓦斯爆炸协同规律及52322023 年 7 月胡双启，等:惰性气体 水雾协同抑爆甲烷研究Jul，2023机理研究 D 焦作:河南理工大学，2017.PEI B esearch on synergistic law and mechanism ofgas-liquid two-phase medium for suppressing pipeline gasexplosion D Jiaozuo:HenanUniversityofTechnology，2017.esearch on inert gas-water mistsynergistic explosion suppressionof methaneHU Shuangqi1，ZHU Wenbo1，HU Lishuang1，LIU Genglin1，LI Lianqiang2(1 School of Environment and Safety Engineering，North Universityof China，Taiyuan 030051，China;2 Institute of OccupationalHealth of Ordnance Industry，Xi an 710065，China)Abstract:In this paper，the suppression of gas explosion wasstudied by using a 20 L self-modified spherical explosion vesselIn experiments，the gas partial pressure method was adopted forthe preparation of mixed gasThe research quantitativelyanalyzed the explosion pressure and the explosion pressure riserate of the gas explosion and the explosion suppression efficiencywhen various inert gases were injected The effects of three inertgases(CO2，N2，Ar)on the maximum explosion pressure andthe maximum explosion pressure rise rate of CH4explosion wereanalyzed The results show that the explosion suppression effectof CO2is superior to the other two inert gases When the volumefraction of CO2is 6%，the maximum explosion pressure andexplosion pressure rise rate of the CH4explosion are 0.113 MPaand 1.58 MPa/s，declining respectively by 78.6%and 86.4%It is proved that the occurrence of the gas explosion can bedelayed and the explosion intensity can be reduced by all of thethree inert gases However，for N2and Ar，the volume fractionof inert gas should be increased to achieve the same effect ofexplosion suppression as CO2Therefore，according to thesingle-phase explosion suppression results above，CO2，with thebest explosion suppression effect among the three inert gases，isthe optimum selection to study the synergistic effects of inert gaswith water mist on explosion suppression efficiencyLargeamounts ofrepeatedexperimentsshowthattheexplosionsuppression efficiency of 2%CO2 1 MPa water mist isincreased from 20.3%with a single-phase volume fraction of 2%CO2to 38.5%，and the explosion suppression efficiency issignificantly improved It means that the synergistic explosionsuppression efficiency of inert gas and water mist is higher thanthat of single-phase inert gas and water mist The synergisticexplosion suppression effect of inert gas and water mist isprogressively enhanced with the increase of the inert gasconcentration and the atomization pressure of water spray，butthere is no linear correlation between the two in terms of theexplosion suppression effectKey words:safety engineering;gas explosion;inert gas;explosion characteristics;cooperative explosionsuppression文章编号:1009-6094(2023)07-2326-08球形爆炸冲击波正面作用下人体头部损伤规律的数值模拟*郭泽荣1，李晓禹1，崔潇丹2(1 北京理工大学机电学院，北京 100081;2 北京市燃气集团有限责任公司，北京 100035)摘要:在军事行动、恐怖袭击和工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一。为了阐明冲击波损伤规律及头部承受冲击波损伤阈值，针对不同冲击波入射压力对人体颅脑不同部位的损伤规律进行了研究。建立了头部三维有限元模型，验证了其有效性。建立了冲击波 头部流固耦合模型，在大脑表面沿正中矢状面选取5 个特征点，对头部分别在 1 000 kPa、800 kPa、600 kPa、400kPa、300 kPa、200 kPa、100 kPa 和 50 kPa 入射冲击波作用下的损伤情况进行分析。在球形冲击波的作用下，颅骨分散冲击波，为脑组织提供防护;冠状面前侧的特征点受压，后侧特征点受拉;入射冲击波超压大于 600 kPa 时，距离爆源越近的特征点压力越大，距离爆源越远的特征点压力越小;造成颅脑组织 80%严重损伤的入射冲击波超压临 界 值 约 为137 kPa。关键词:安全工程;冲击波;三维头部模型;颅脑损伤;流固耦合;爆炸载荷增强拉格朗日 欧拉耦合法(LBE ALE)中图分类号:X932文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2022.0389*收稿日期:2022 03 15作者简介:郭泽荣，副教授，博士，从事人体损伤与个体防护研究，guozr bit edu cn。0引言由于 简 易 爆 炸 装 置(Improvised ExplosiveDevices，IEDs)在恐怖袭击和军事活动中的应用显著提升，爆炸冲击波导致的脑损伤也随之大幅增加1 2。伊拉克战争中的统计数据显示，几千士兵遭受了创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury，TBI)，其中 69%是由冲击波造成的3 4。冲击波对人的伤害主要分为 3 种:冲击波引起大气压力的变化直接作用造成的损伤为一级爆炸损伤;物体被冲击波带动击中人员造成的损伤为二级爆炸损伤;人员在冲击波的作用下被抛出造成的损伤为三级爆炸伤害5 7。由于伦理道德等限制，目前国内外关于冲击波6232第 23 卷第 7 期2023 年 7 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 7Jul，2023