高能液固混合燃料配方优化及毁伤分析

为筛选优化高能燃料空气炸药(FAE)的配方组分,以石油醚、环氧丙烷和乙醚作为液体燃料,硝酸异丙酯和硝基甲烷作为液体敏化剂,金属铝粉作为固体组分,通过EXPLO5计算软件比较了不同配比FAE的爆炸压力和爆炸温度,并在无约束条件下进行了液体和液固FAE配方的云雾爆轰实验,对爆炸场、温度场等参数进行了毁伤效果分析,并量化评估了各体系的热毁伤、超压毁伤的效果。结果表明,石油醚、环氧丙烷与硝酸异丙酯混合的混合液体FAE,在石油醚质量占比55%~70%条件下,爆轰性能上表现较优。液固混合FAE中液固比例为1∶1条件下具有较良好的爆轰性能,并在无约束云雾分散实验中表现出最佳的云雾分散状态。两种体系的FAE配方在1 kg的二次起爆药量下云雾爆轰可以稳定反应,能达到爆轰状态,且在毁伤能力均具有较优效果。

初始压力和富氧系数对CH_(4)/O_(2)/N_(2)预混气体爆炸特性的影响

为了探究甲烷CH_(4)在富氧和非常压条件下的爆炸危险性,确保CH_(4)气体在不同工况下的安全使用,借助5 L圆柱形爆炸装置,研究了初始压力p_(0)和富氧系数E对CH_(4)/O_(2)/N_(2)爆炸特性的影响。包括最大爆炸压力p_(max)、最大压力上升速率(d p/d t)max和最大压力到达时间t_(c)等衡量CH_(4)爆炸安全性的指标。结果表明:当E为0.21、0.25和0.30时,p_(max)随p_(0)的增加始终线性上升;而当E为0.35和0.40时,p_(max)随p_(0)的增加先缓慢线性上升、后快速线性上升;(d p/d t)max随p_(0)的增加分为线性上升和一阶指数快速上升。在E为0.21和0.25时,t_(c)随p_(0)的增加而线性增大,因为在燃烧初始阶段CH_(4)活化自由基的销毁速率增加,降低了反应速率和燃速,引起预混气体t_(c)的延长;但随着E的增加,氧气的促进作用与自由基销毁的抑制作用形成新的竞争效应,使得t_(c)先增加、后下降。

燃料-空气云雾爆轰的直接引爆实验研究

在直径240mm的立式激波管中环氧丙烷(PO)、正己烷、癸烷分别与空气混合进行了直接起爆,测定了不同燃料、不同当量比的云雾直接引爆的临界起爆能。实验发现,当PO 空气混合物、正己烷 空气混合物及癸烷 空气混合物的当量比分别为1.05、1.12及1.15时,其临界起爆能均最小;三种混合物的可爆下限当量比分别为0.47(质量浓度4.23%)、0.75(质量浓度5.29%)及0.89(质量浓度5.8%)。实验表明,在本实验条件下,三种燃料与空气混合物的云雾都容易在较大当量比范围内引发爆轰并实现爆轰波稳定传播。

安全工程专业实验教学体系的改革

构建了新的实验教学平台,不断深化实验教学体系、教学内容和教学方法改革,探索出一条在安全工程专业课程实验教学中,全面提高学生的综合素质和培养学生的动手能力的有效途径。

安全工程实验教学体系的构建

安全工程是实践性很强的学科,实验教学是课程教学中的重要环节。通过多渠道筹措经费,构建了新的实验教学平台,不断深化实验教学体系、教学内容和教学方法改革,探索出一条在专业课程实验教学中全面提高学生的综合素质和培养学生的动手能力的有效途径。

可燃液体爆燃特性及其抑制实验

设计了一套可燃液体爆炸特性实验装置,利用该装置和立式爆轰管对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的爆炸特性、1301惰性气体对这3种燃料的抑制进行了研究。结果表明:RP-5油料、RP-3油料及工业酒精爆炸的体积分数范围分别为1.53%～7.73%、0.82%～7.17%及3.38%～18.25%;酒精云雾爆轰的临界起爆能为2.11MJ/m2、爆速和爆压分别为1609m/s、1480kPa,爆轰波传播的胞格宽度为14.5mm,长度为16.2mm。1301惰性气体对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的最小惰化体积分数分别为6.75%、6.8%及5.56%;二氧化碳和氮气对RP-3油料的最小惰化体积分数分别为45%和49%;1301惰性气体对油料爆炸抑制效果明显好于二氧化碳与氮气。

FAE模拟装置温度场参数实验研究

通过外场实验,运用Mikroanscan7200V型红外热成像仪分别对TNT、SEFAE和DEFAE同量级的模拟装置爆炸火球的表面温度进行了测量,分析了同量级的TNT、L SEFAE、G SEFAE、DEFAE炸药的温度场的分布情况,结果表明,DEFAE表面温度最高,高温(≥1 000℃)持续的时间也最长;DEFAE的温度场效应要比SEFAE、TNT高;TNT、L SEFAE、G SEFAE和DEFAE在温度场接近最大温度时的火球平均直径的排序为-DDEFAE>-DL-SEFAE>-DG-SEFAE>-DTNT.

网状铝合金材料对爆炸火焰抑制性能研究

以激波管实验为主要研究手段,研究了JFJ型特种铝合金阻隔防爆材料在环氧乙烷气体容器中的阻隔防爆能力及抗氧化能力。分别对未经氧化的、经环氧乙烷气体35℃下氧化三个月的、经60℃空气中氧化三个月的三种不同氧化状态的JFJ型特种铝合金材料进行了力学性能及抑爆性能实验研究和比较。实验结果表明,该材料对火焰速度的抑制具有很好的线性规律,同时对环氧乙烷气体具有较好的抗氧化能力,但经高温空气氧化后,抑爆性能下降。

粉尘空气混合物层流燃烧速度的实验测定

给出了计算粉尘层流火焰速度的直接方法，此法简便易行，在粉尘浓度较低时，计算精度较高。实验结果表明：粉尘浓度对火焰传播速度和燃烧速度有很大的影响，粉尘浓度过大时，粒子运动轨迹就难观测，用直接法计算层流火焰速度的误差增大；管径大小也对燃烧速度有很大影响；小管径中的所得值比大管径中的所得值约低８％。

小样本升降试验法在巷道检验中应用的可行性研究

文章以巷道检验为例,根据试验中的变差来源,论证了样本容量n=6时,升降法在敏感度试验特别是在巷道检验中应用是完全可行的,并提出确定试验参数的原则。

民用炸药敏感度试验方法的研究与探讨

敏感度试验的传统试验方案是在规定的刺激水平上进行规定次数的试验,如果试样不发生感应,即判为合格,否则即判为不合格。该文以煤矿炸药瓦斯安全性为例,对此进行了比较详细的探讨,f=0/5这种传统试验方案是不可靠和不科学的,并提出半数感应量是比较合理的试验方案。

三种燃料-空气混合物爆轰的直接引爆实验研究

在直径 2 4 0 mm的立式爆轰管中对环氧丙烷 ( PO)、正己烷、癸烷与空气混合物进行直接起爆 ,测定不同燃料不同当量比的云雾直接引爆的临界起爆能 .在该实验系统条件下 ,发现 PO-空气混合物当量比为 1 .0 5时 ,其临界起爆能值最小 ;正己烷 -空气混合物当量比为 1 .1 2时 ,其临界起爆能值最小 ;癸烷 -空气混合物当量比为 1 .1 5时 ,其临界起爆值能最小 .PO-空气混合物的可爆下限值为当量比 0 .47(质量浓度为4.2 3% ) ,正己烷 -空气混合物的可爆下限值为当量比 0 .75 (质量浓度为 5 .2 9% ) ,癸烷-空气混合物的可爆下限值为当量比 0 .89(质量浓度为 5 .8% ) .在直径 2 4 0 mm的立式爆轰管中 ,三种燃料与空气混合物的云雾都容易在较大的当量比范围内引发爆轰并实现爆轰波稳定传播 .

FAE爆炸场超压与威力的实验研究

利用现场测试系统动态灵敏度标定技术,分别等精度测试了FAE和TNT爆炸场峰值超压。在此基础上获得了各自的爆炸波峰值超压随传播距离的拟合曲线和TNT当量比。结果表明:FAE爆炸场超压分布规律与TNT有显著区别,前者属于大体积云雾爆炸,爆炸场可划分为云雾爆轰区、云雾边缘区和冲击波作用区;在云雾爆轰区,超压平均值在2.6MPa左右,在小于2/3云雾半径的范围内比同质量的TNT低,在大于2/3的云雾半径范围则显著大于TNT;在冲击波作用区,环氧丙烷燃料的FAE爆炸超压约是TNT爆炸效果的5倍,超压均呈衰减趋势,但FAE衰减比TNT缓慢许多。

云爆药剂爆炸超压测试及威力评价

借助压力测试系统,在自由场及地面布置压力传感器,分别测量了熔铸TNT、一次云爆药剂和二次云爆药剂在自由场和地面的爆炸场冲击波超压,经分析处理后拟合得到适用于3种炸药的自由场和空中爆炸超压发展公式,并计算云爆药剂的TNT当量。实验结果表明:实验选用的二次云爆药剂的自由场和地面平均TNT当量相比一次云爆药剂分别提高了60%和69%,说明二次云爆药剂比一次云爆药剂具有更大的超压作用效果;3种药剂的自由场超压峰值都比地面小10%左右,说明地面的反射效应依旧存在,在实际超压威力评估时应采用一定的修正系数。实验结果可丰富云爆药剂和传统炸药的小当量实验对比数据,为云爆药剂爆炸场参数的研究和威力评估提供参考。

柴油爆炸性能外场实验研究

通过?30mm杀爆燃弹外场炮击实验,模拟车辆、装备油箱被炮火击中后二次爆炸场景,采用高速照相机、红外热成像仪分别记录引爆柴油过程和爆炸火球的温度场,对比评估普通柴油、含水型柴油和抑爆型柴油的爆炸特性。实验结果显示:炮弹射击油箱瞬间,柴油液滴被抛撒出油箱,与空气快速混合形成气溶胶,并在炸药能量作用下引发爆炸,形成爆炸火球;不同类型柴油的爆炸火球均经历3个发展阶段,但其尺寸、扩展速率和表面温度等有较大差别,普通柴油和含水型柴油的火球这3个参数比较接近,都大于抑爆型柴油;含水型柴油的油箱毁伤容积为108.00dm3,远高于普通柴油的57.65dm3和抑爆型柴油的38.15dm3。研究表明,抑爆柴油中的高分子聚合物能起到较好的抑爆作用。

温压药剂的爆炸温度场测量及热辐射效应研究

运用红外热成像仪分别对温压药剂和TNT爆炸火球的表面温度进行了测量,根据实测结果分析了温度场的分布情况。依据炸药的爆炸特性及热毁伤准则,结合Baker火球模型,对温压药剂和TNT爆炸产生的热辐射效应进行了计算,结果表明:装填20kg温压药剂的模拟战斗部,其造成死亡的平均热毁伤半径远大于30kgTNT的。

液固复合云爆药剂爆炸特性的试验研究

通过不同装药量的云爆装置的静爆试验,得到了超压和冲量随距离变化的试验数据,求得了超压和冲量随距离变化的曲线,根据爆炸相似律拟合了超压和冲量随距离变化的函数关系。研究了云爆装置倾斜放置时爆炸波超压沿不同方向的传播规律。

充填抑爆材料油箱的烤燃性能

为研究烤燃对不填充和填充球形抑爆材料燃油箱的破坏效应,正确评估抑爆球的阻燃抑爆效果,模拟车辆、飞机的燃油箱受到炙烤的场景,对盛装-10号柴油(-10PD)、喷气燃料(RP-5)的油箱进行烤燃实验,并采用摄像机、高速照相机、红外热成像仪和热通量计等分别记录和测量了油箱的烤燃过程及其产生的喷射火球尺寸、表面温度和热辐射参数。结果表明:油箱在烤燃过程中将产生喷射火,甚至发生蒸气云爆炸,其破坏效应主要表现为喷射火球的热效应。对于填充抑爆球的-10PD、RP-5油箱,其油料受热初始燃烧的时间分别延迟了48 s和121 s,喷射火球的最大截面积分别减小了65.72%、42.44%,表面最高温度分别减小了26.13%、12.66%,其热通量伤害后果也明显减小。

环氧丙烷-空气混合物爆轰波胞格结构的研究

对碳氢燃料云雾爆轰波胞格结构的影响因素进行了分析:比较了初始温度在25℃和100℃条件下碳氢燃料胞格尺寸,发现胞格尺寸相差不大;胞格尺寸随初始压力的降低而增大,在相对压力为负压条件下得到清晰的爆轰波胞格结构;起爆能的增大可以导致更加复杂的爆轰波次胞格结构出现。

液体燃料云雾爆轰参数实验

为深入了解液体燃料云雾爆轰机理,借助自行设计和建造的立式爆轰管,并采用升降法和烟迹技术,对环氧丙烷等液体燃料云雾爆轰参数(爆速、爆压、临界起爆能和爆轰胞格尺寸)与当量比的关系进行了实验研究。结果表明,环氧丙烷的爆速和爆压随当量比的增加先增大后平缓减小;碳氢液体燃料云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈"U"型关系,最佳值点偏向富燃料一侧;临界起爆能的大小与燃料的分子结构和挥发性有密切关系,IPN和PO临界起爆能相当,而烷烃类临界起爆能均较大。环氧丙烷在25和50℃时的爆轰胞格宽度与当量比皆呈"U"型关系,最小值点偏向富燃料一侧;气相爆轰胞格宽度比云雾爆轰略小。常温下环氧丙烷云雾爆轰主要由气相反应所控制。