用三项式点火增长反应速率模型计算JB-9014的反应区

在一维流体动力学编码SSS程序中，利用三项式点火增长反应速率模型对钝感炸药JB-9014的反应区进行了计算。计算中，未反应炸药采用固态HOM状态方程，产物采用气态JWL状态方程，计算得到了钝感炸药JB-9014化学反应区的峰值压力、CJ压力、反应区宽度和反应时间等参数，计算结果与实验结果符合较好。分析表明，三项式点火增长反应速率模型可用于研究钝感炸药的反应区结构。

PBX炸药冲击起爆的改进细观反应速率模型

为了系统研究载荷和炸药细观结构对高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)冲击起爆爆轰成长的影响规律,考虑到炸药低压慢反应阶段的燃烧拓扑结构包含颗粒内部孔隙表面燃烧和颗粒外表面燃烧形式,以及装药密度的影响,引入燃耗因子和装药密度影响因子,改进了Duan-Zhang-Kim(DZK)细观反应速率模型。采用同一套反应速率模型参数,数值模拟各实验状态下HMX基PBXC03(87%HMX,7%TATB,6%Viton)的冲击起爆过程,数值模拟结果与实验测试结果均吻合较好,表明改进DZK反应速率模型可更好地描述和预测载荷和炸药细观结构对PBXC03冲击起爆爆轰成长过程的影响规律。在本研究装药和加载条件下,中等密度的炸药冲击起爆和爆轰成长最快;颗粒度越小,炸药越难点火,但一旦点火,爆轰成长最快。

高聚物粘结炸药冲击起爆统计热点反应速率模型

为深入探索非均质固体炸药冲击起爆热点机制,重点关注炸药孔洞尺寸分布及热点点火临界条件,建立高聚物粘结炸药(PBX)冲击起爆统计热点反应速率模型,描述热点形成、形核或消亡、点火后燃烧反应演化直至快速转为爆轰的全过程。奥克托今(HMX)基PBX9501和三氨基三硝基甲苯(TATB)基LX-17炸药冲击起爆过程的数值模拟结果显示,反应流场中波到达时间的计算值与实验值偏差小于3.7%,初步验证了统计热点反应速率模型的合理性,且相比文献[21-24]的统计模型适应性更强。研究结果表明:孔洞尺寸分布对非均质固体炸药冲击起爆感度影响显著;HMX基PBX炸药冲击起爆爆轰成长过程呈加速反应特性,而TATB基PBX炸药表现为稳定反应特性,进一步提高了对HMX/TATB混合基钝感高能炸药冲击起爆机理的认识。

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法,构建了新的细观反应速率模型,系列数值模拟结果与实验结果均一致,表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药,起爆压力低,冲击起爆过程受热点点火影响较明显,热点点火后的燃烧反应速度较快,表现为加速反应特性;TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药,起爆压力高,冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制,且点火后燃烧反应速度较慢,表现为稳定反应特性。

微型发动机的燃烧模型和数值模拟

提出了微型发动机燃烧过程的数学模型,并对采用氢气为燃料的微型涡轮机中环形燃烧室内的燃烧,建立了阿累尼乌斯有限反应速率模型,在考虑对流和辐射传热损失的条件下,采用CFD软件包FLUENT进行了数值模拟.根据所得到的模拟结果分析了影响燃烧的主要因素:结构、燃料、质量流率、H2与空气比和壁面材料,提出了克服尺寸减小对燃烧带来的困难的途径.

落锤撞击下丁羟推进剂点火反应的数值模拟

为研究典型丁羟推进剂在低压冲击作用下的点火机理,基于热点理论,建立了该型推进剂落锤试验的三维仿真模型,采用有限元计算方法和三项式点火增长反应速率模型对丁羟推进剂的落锤试验进行数值模拟,分析整个撞击过程中推进剂的点火反应和动态力学响应。研究结果表明,在整个撞击过程中,由于受冲击后推进剂径向变形,剪切应力集中分布在推进剂上、下表面边缘区域,摩擦应力产生局部热量集中形成热点,引起推进剂发生点火及爆炸。计算得到了,在落高为75 cm时,10 kg落锤撞击丁羟推进剂的起爆阈值为540.2 MPa^(2)·s。

氧碘化学激光器组分超音速混合反应数值模拟

采用数值方法求解二维可压缩非定常N-S方程及组分连续方程,计算氧碘化学激光器中的组分超音速混合反应流场。空间离散格式为AUSM+-up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。给出了出口处碘分子的质量分数分布,数值模拟结果与文献结果符合良好。

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明:该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。

固氟氯化法从山东微山氟碳铈矿提取稀土的氯化率动力学

研究了用固氟氯化铵焙烧法分解山东微山中品位氟碳铈精矿回收稀土的氯化率动力学. 结果表明:固氟焙砂的氯化反应动力学过程是区域反应速率模型,氯化反应过程经过了2个串联反应步骤,用Erofeev方程ln[ln(1a)]=lnk+nlnt处理反应速率,反应速率常数与温度T的函数关系式为k=2.7107eEa/RT, 表观活化能Ea为125.9 kJ/mol,过程限制环节主要是界面化学反应控制.

圆头钢弹对PBX-9404炸药撞击起爆的数值模拟

在二维有限元动力分析程序DYNA2D中加入了两种反应速率模型 ,对圆头钢弹撞击PBX 940 4炸药的冲击起爆行为进行了数值模拟研究。

非均质固体炸药冲击起爆与爆轰研究进展

综述了非均质固体炸药的冲击起爆机制、宏细观反应流模型、中尺度/跨尺度及连续介质尺度数值模拟和冲击起爆试验及测试技术等研究进展,并总结作者团队近年来在该领域的研究成果;分析了该领域的未来发展趋势,旨在加深对非均质固体炸药冲击起爆爆轰物理机制的认识,为装药安全性研究提供方法和技术手段.指出非均质固体炸药冲击起爆物理响应过程复杂,往往由多种热点机制控制,现有反应速率模型考虑热点机制单一,无法适应冲击起爆过程的高保真计算.现阶段压力相关型反应速率模型虽然在一定范围内适应细观结构的变化,但无法描述复杂加载路径如多次加载和斜波-冲击复合加载下炸药脱敏或敏化、拐角效应死区现象等,而熵或温度相关型反应速率模型可较好地适应复杂加载,但未考虑细观结构响应机制.发展多热点机制耦合作用的、宽适应范围的宏细观反应速率模型是反应流模型的重要方向.快响应高分辨率的细观实验诊断技术一直是爆轰领域的技术难点,中尺度计算是现阶段冲击起爆热点机制研究的主要手段,已初步实现从中尺度到宏观尺度的冲击起爆跨尺度计算,仍是非均质固体炸药冲击起爆与爆轰问题数值模拟发展的重要趋势.附参考文献151篇.

PBX-9502炸药爆轰约束三明治试验的数值模拟研究

利用形式简单单项爆轰反应速率模型对PB X-9502炸药爆轰约束三明治试验进行了数值模拟,模拟结果与A lsam等人爆轰约束三明治试验及相应爆轰冲击动力学(D SD)分析结果的比较表明,该单项爆轰反应速率模型可以用来准确地模拟爆轰约束三明治实验。在结构一定情况下,爆轰波阵面的曲率半径与约束材料有关。

含铝熔铸炸药冲击起爆数值模拟

为建立适用于含铝熔铸炸药的冲击起爆细观反应速率模型,假设铝粉在冲击起爆过程中不发生化学反应,引入“含铝熔铸炸药基体炸药与铝粉混合法则”,基于孔隙塌缩热点形成机制,提出含铝炸药弹黏塑性球壳塌缩热点模型及其热点点火项反应速率方程;建立含铝熔铸Duan-Zhang-Kim细观反应速率模型。对2,4-二硝基苯甲醚基含铝炸药RBOL-2的冲击起爆过程进行数值模拟,对比发现不同加载压力下炸药到爆轰距离以及不同拉格朗日位置炸药到爆轰时间的计算结果与实验结果均吻合较好,表明该反应速率模型能够描述含铝熔铸炸药RBOL-2的冲击起爆特性。

超声速弹丸诱导爆轰波的无网格数值模拟

为研究锥角对超声速弹丸诱导爆轰波形态的影响,发展了耦合有限速率化学反应模型的最小二乘显式无网格算法,其流体动力学采用含化学反应源项的多组分Euler方程建模,对流项和时间项分别采用多组分HLLC（Harten-Lax-van Leer-Contact）格式和四阶Runge-Kutta法计算。对尖劈诱导斜爆轰以及激波诱导燃烧流场进行了模拟,验证了算法的有效性。最后对等当量比甲烷/空气预混气体中,不同锥角弹丸诱导爆轰波流场进行了模拟,云图同实验阴影照片吻合较好,结果表明当锥角处于70°~100°时,易形成驻定斜爆轰波;锥角较小不利于可燃混合气体的点燃,仅能形成驻定斜激波;过大的锥角将导致爆轰波的脱体。

固体发动机燃气射流对发射平台冲击效应研究

为研究燃气射流对发射平台的热冲击和动力冲击效应,采用有限速率化学反应模型和H2/CO反应体系模拟了燃气射流中的复燃现象,得到了射流流场结构及发射平台上的温度和压力分布情况,计算结果与试验数据吻合较好。研究表明,在射流近场内考虑复燃效应时,计算结果更为准确。发射平台中心处为高温区,应采用抗高温耐烧蚀的材料。发射平台距发动机喷口为1.4、1.7、2 m时,平台上压力分布变化不大;发射平台离发动机喷口越远,平台上的温度变化越小。

膛口二次燃烧流场数值模拟

为了研究膛口流场的二次燃烧现象,采用有限速率化学反应模型模拟二次燃烧,动态嵌套网格技术模拟弹丸运动,建立了弹丸的非稳态运动模型。首先,采用超声速H2/O2燃烧算例验证了有限速率化学反应模型的有效性;其次,研究了冻结流和化学非平衡流两工况的流动参数对比。结果表明,二次燃烧主要发生在射流两侧漩涡区域;二次燃烧促使膛口流场内马赫盘区域的总压减小,速度增大且弹丸的运动距离和马赫盘位置向后移动。

射流尾焰二次燃烧数值模拟

为了研究固体火箭发动机尾焰的二次燃烧现象,利用带详细化学反应模型的三维N-S方程进行数值模拟。首先,采用超声速H_(2)/O_(2)燃烧算例验证了有限速率化学反应模型的有效性;其次,研究了射流冻结流和化学非平衡流两工况的流动参数对比。结果表明,二次燃烧主要发生在尾焰的射流边界层和混合区,该区域O_(2)的质量分数显著减小,而H_(2)O和CO_(2)的质量分数明显增大,并与温度增加区域相一致。

考虑射流二次燃烧下的气动噪声数值模拟

为了研究复燃对火箭发动机射流声场的影响,建立了一个可以计算火箭发动机射流复燃流场和声学特性的模型:采用DES湍流模型模拟湍流流动;有限速率化学反应模型模拟固体火箭冲压发动机射流的复燃;以基于FW-H方程的声类比方法分析了分析射流噪声。以2个典型算例进行了验证性模拟计算,并与文献中计算结果进行了对比,表明本文所采用的算法在计算射流流场二次燃烧和噪声预测的可靠性。分析了冻结流和化学非平衡流两种工况下的流场特性和声学特性。计算结果表明:当考虑燃烧时,在整体上总声压级有所增大,特别是在角度为0~30°方向上有所增加,相差最大可达6dB。

多相加氢数学模型的回归

详细介绍了多相催化加氢数学模型回归的计算方法。对无副反应存在下数学模型可以处理成为线性模型进行简化,从而求得参数。但该法直接使用的dCdt值,是使用作图镜面法获得,会引入误差。本文着重介绍使用计算机对反应数据进行dCdt值和参数同时回归的实现方法、原理、流程,以及应用Matlab语言回归时所需的命令和求解方法。同时,该方法也可应用于多组份多副反应动力学的回归。

偏二甲肼有机凝胶液滴蒸发燃烧模型展望

有机凝胶推进剂兼具有固体和液体推进剂的优点,但其液滴在着火燃烧过程出现了剧烈的膨胀-爆裂及火焰扰动现象,明显不同于常规液体液滴准稳态蒸发燃烧现象,影响了凝胶液体火箭发动机喷雾燃烧流场及其优化设计工作.根据偏二甲肼(UDMH)有机凝胶液滴着火燃烧过程的内部非稳态蒸发特性及其微观分子结构,提出了非稳态多组分蒸发模型、界面追踪多相流蒸发模型、离散元多相流蒸发模型三种有机凝胶液滴液相蒸发模型,重点发展并实现了其中的非稳态多组分蒸发模型,详细分析了后两种多相流蒸发模型所需的技术储备.然后针对静止及对流气相环境下的UDMH有机凝胶液滴,提出了分别采用有限速率化学反应模型、相容性层流火焰面模型解决其气相混合燃烧问题,并详细分析了其中的刚性化学反应源项处理及火焰面方程求解所面临的困难及其解决措施.