二维慢烤模型点火位置及其温度的理论推演

为理论分析凝聚炸药慢速烤燃过程,并为慢速烤燃点火点位置研究奠定理论基础。根据炸药的热传导理论方程,利用叠加原理和分离变量法,将炸药非反应性热传导项与自热反应热传导项拆分,推导得到凝聚炸药二维慢速烤燃模型的温度分布解析解。计算并分析了自热反应温度场随时间和炸药尺寸的变化规律。根据慢烤试验结果,对理论计算得出的点火点位置、点火温度及时间进行了验证。研究结果表明:理论确定的点火时间、点火点位置与试验测量的点火时间、点火点位置相符。炸药自热反应最高温度所在位置随其尺寸的增加,由中心移动至边缘角落。随着试验时间的增加,自热反应温度分布趋于稳定。就尺寸为∅76×190 mm的RDX炸药而言,发生点火时自热反应温度分布与点火前80000 s时的自热反应温度分布一致。

炸药慢烤热点火起爆数值模拟及试验研究

开发了炸药烤燃热起爆仿真计算程序,烤燃求解器采用交替方向隐格式,起爆求解器采用5阶WENO格式进行计算,实现了炸药受热升温到起爆演化全过程数值仿真计算.使用的交替方向隐格式具有无条件稳定、受网格限制小、求解效率高的特点,烤燃计算中引入液相率β对炸药相变进行描述.以TNT炸药为研究对象开展慢烤热起爆数值模拟研究,得到了炸药局部温度演化和临界点火阈值,并给出相变对烤燃过程的影响规律.同时开展TNT慢烤实验,通过嵌入式热电偶传感器对程序进行了验证,仿真得到的温升曲线及相变平台与实验结果对比良好,证实了计算的可靠性.通过力-热-化耦合的模拟计算,给出了炸药受热后点火区域和演化规律,发现反应初始阶段由温度主导,随着反应进程发展转变为压力主导.

初始自由空腔体积对PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响

为了认识初始自由空腔对约束奥克托今(HMX)基PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响,以圣地亚热点火(SITI)实验装置为参考,设计了初始自由空腔体积率分别为1.0%和7.4%的弱约束慢烤实验装置。在相同的温升速率下开展了约束HMX基PBX-3炸药慢烤实验,通过小尺寸K型热电偶测量炸药中心平面不同位置以及壳体表面的温度变化历程,采用耐高温光子多普勒测速探头测量炸药热爆炸后壳体的运动速度,并在慢烤箱中回收实验装置残骸。结果表明:在相同的壳体约束强度和加温条件下,2种不同初始自由空腔体积率的约束PBX-3炸药均在中心区域首先发生点火反应;初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸时刻壳体表面的温度更高,炸药整体温度更高,炸药点火反应后壳体加速更快、速度更高,实验装置残骸碎片更小,反应烈度更高。分析认为:初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸前炸药受到的应力更大,炸药损伤更严重;炸药中心点火反应后,更大的热应力使得炸药点火反应产生的气体在中心聚集形成更高的压力,炸药燃烧速率更大,燃烧产生的高温气体更容易进入微裂纹,形成更强的对流燃烧,导致压力增长速率更快,炸药反应更剧烈。

初始空腔体积率对约束HMX基PBX-3炸药慢烤相变的影响

为了认识慢烤过程中初始空腔体积率对HMX基PBX-3炸药热致相变以及点火响应特性的影响,设计了小尺寸强约束慢烤实验装置。在相同温升速率下,开展了空腔体积率分别为1.0%、4.2%和13.8%的约束PBX-3炸药慢烤实验,获得了炸药内部不同位置以及约束壳体表面的温度演变历程,对炸药中HMX相变过程、初始空腔体积率对HMX相变影响的机制、HMX相变进程对点火反应温度的影响进行了详细分析。结果表明:初始空腔体积率越小,HMX相变吸热表现出的温度平台持续时间越短,点火时刻约束壳体表面的温度越高。分析认为初始空腔体积率越小,慢烤加热至HMX相变温度时刻,PBX-3炸药受到的热应力越大,延缓了慢烤过程中β-HMX转化为δ-HMX的相变进程;由于δ-HMX的热感度更高,慢烤实验过程中HMX的相变进程越慢,δ-HMX放热分解反应引起的热量积累越慢,炸药点火反应时刻约束壳体的温度越高。

约束方式和强度对HMX基压装含铝炸药慢烤响应特性的影响

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性,以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景,设计了装药长径比为5∶1的缩比烤燃弹;开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验;获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程,以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明,慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段;烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度,进而影响烤燃弹内部反应压力增长,最终导致不同的反应等级;当螺纹长度(L)为14mm时,壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧;当壳体壁厚(δ)为10mm时,螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸;当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δe)相当时,烤燃弹约束强度较为均匀,有利于反应压力的不断增长,最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。

1L慢烤燃装置温场分布数值模拟与试验研究

建立了一种1L慢烤燃装置模型,通过数值模拟分析其内部温场分布的影响因素和机理,通过改变模型中隔板尺寸、导流板形状、风扇数量和风扇转速等条件,研究了各种工况下烤燃装置内烧瓶周围温场分布。模拟结果表明,风扇数量与转速、隔板尺寸、导流板形状均会影响烧瓶周围温场分布的位置,但仅有风扇转速会影响温场响应的灵敏度、温场达到稳定所需时间和温场分布均匀性。理想的慢烤燃装置可实现的温场分布性能为:响应时间低于1 s,达到稳定时间低于30 s,均匀度在0.2℃左右。建立试验装置,在烧瓶外侧布置温度传感器,所得温场分布和温场均匀度与模拟结果一致。

低温慢烤对烟叶品质的影响研究

[目的]研究低温慢烤(复烤温度85℃)对云南烤烟内在质量的影响。[方法]以云南普洱和曲靖的C2F和B1F为试验材料,采用化学分析和感官质量评价的方法对复烤前后烟叶质量进行比较。[结果]经过低温慢烤,烟叶中总糖和还原糖含量明显降低,降幅接近5%;叶绿素降解产物的含量显著降低,降幅为6.2%~13.8%;类胡萝卜素降解产物含量约增加5%,西柏烷类物质和美拉德反应产物含量约增加10%。感官评吸结果表明,烟叶香气质提升,清甜香韵更加明显、丰富,刺激性和杂气均降低,余味更加舒适。[结论]低温慢烤能够显著增加云南烟叶的中性致香成分,提升其内在质量。

国外固体发动机慢烤安全性评估技术

从发动机慢烤试验方法和装置研制研究入手,分析国外慢烤安全性试验技术发展现状,系统论述了国外慢烤安全性试验及评估标准,分析了试验中主要参数设定的依据,以典型型号武器为例,探索了慢烤安全性评估的应用方法,通过汇总美国Aerojet公司开展的典型型号慢烤安全性评估,总结了国外在评估过程中获得的推进剂配方、壳体束缚及改进方案对发动机慢烤安全性的影响,并对国内固体发动机慢烤安全性评估技术的发展提出了建议:借鉴国外在发动机慢烤安全性领域的研究成果,深化安全性机理研究,探索发动机设计参数及环境条件对发动机慢烤安全性的影响,建立试验条件,加速制定适合国内武器装备发展的考核标准,对发动机慢烤安全性进行评估。

几何尺寸对DNAN基熔铸炸药慢烤响应特性的影响

为研究几何尺寸对DNAN基熔铸炸药热反应规律的影响,自行设计了慢烤试验装置,采用多点测温慢烤试验方法,分别在1°C/min和3.3°C/h两种升温速率下进行了4种尺寸(Φ19mm×19mm、Φ19mm×38mm、Φ19mm×76mm、Φ30mm×30mm)弹药的慢烤试验,建立了炸药慢烤试验计算模型,采用Fluent软件计算了升温速率3.3℃/h下一维、二维方式几何尺寸增加时烤燃弹的响应情况。结果表明,几何尺寸和升温速率共同影响烤燃弹的响应特性;对相同烤燃弹,在升温速率3.3℃/h下加热响应等级比升温速率1℃/min下的更剧烈;在升温速率3.3℃/h下,烤燃弹点火位置均位于几何中心,并且随着几何尺寸的增加,点火时刻烤燃弹的外壁温度逐渐降低,烤燃弹存在发生点火反应的最低环境温度为174.74℃,且当药柱长径比为4时,点火时刻外壁温度随着药柱直径的增加呈指数衰减趋势。

力-热敏感结构在熔铸装药慢烤缓释系统中的应用

利用一种带排气缓释结构的烤燃装置,对热敏感的易熔金属及压力敏感的金属膜片在熔铸装药慢烤条件下的缓释过程进行了研究。结果表明,烤燃弹壳体预设的泄压孔可顺利排出炸药热分解产生的气体,减缓弹体内压力的升高,能降低装药的慢烤反应等级;采用易熔金属封堵泄压孔时,易熔金属在熔铸装药发生相变过程中逐步软化、破裂,形成泄压通道,缓释过程较为平缓;采用压力敏感膜片封堵泄压孔时,当弹体内压力增大至膜片破坏阈值时,膜片发生冲击剪切破裂,装药喷出,发生燃烧反应。

基于UCM模型的B炸药慢烤泄压结构的作用分析

为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响,设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型(universal cookoff model,UCM),建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动,反应速率随压力、反应进程等变化的B炸药烤燃计算模型,对有/无泄压结构烤燃弹的炸药在升温过程中的温度场及内部压力变化等情况进行了数值模拟,并与试验结果进行比较。结果表明:慢烤条件下,烤燃弹内部压力呈先缓后急上升趋势;有泄压结构烤燃弹在结构作用前的压力变化趋势与无泄压结构的一致,泄压结构的作用会使炸药自热反应速率骤然降低,炸药内部温度下降,自热反应速率降低和产物气泡驱动的对流共同导致了点火时间的延后;由于对流的作用,炸药点火点都在弹体顶部区域。

DNAN熔铸混合炸药的慢烤试验与模拟

以DNAN基RDX熔铸混合炸药为研究对象,采用多点测温的试验方法,进行了0.055℃/min升温速率下的慢烤试验,建立了三维慢速烤燃试验模型;结果表明:DNAN熔铸混合炸药的热点火反应主要是由RDX分解放热反应引起的;当烤燃弹水平横放时,点火位置位于烤燃弹上方。

DNAN基熔铸炸药的慢烤相变及传热特性

为了解DNAN基熔铸炸药慢烤相变及传热特性,进而对其安全使用提供技术支持,对药柱尺寸为Φ30mm×60mm的DNAN基熔铸炸药进行了慢烤实验,分析了DNAN基熔铸炸药的热响应特性;用数值模拟方法对Φ30mm×60mm的DNAN基熔铸炸药进行二分之一和全模型相变及传热对比分析。实验结果表明,DNAN基熔铸炸药相变开始温度Ts及相变结束温度Te分别约为81.8℃和95.3℃;响应等级为燃烧反应;通过数值模拟得到弹体竖直放置时点火位置在药柱顶部靠近边缘处,点火温度Tr约为203.8℃;相变过程中主要传热方式由热传导转变为对流传热导致相变区域的不对称分布,因此在DNAN基熔铸炸药慢烤数值模拟中应采用全模型;相变过程中DNAN基熔铸炸药的密度和导热系数减小,因此DNAN基熔铸炸药相变速率经历了快速、速率为零、中速和低速4个阶段。

HMX基含铝炸药装药慢烤缓释结构设计及验证

为了探索可满足战斗部装药慢烤泄压缓释要求的密封结构设计方法,设计了可调整连接强度及预制泄压孔面积的小型烤燃弹,通过实验获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药不发生比燃烧更剧烈反应的条件,包括烤燃弹壳体强度阈值、泄压通道面积阈值等参数。据此提出了既能满足端盖具有较高连接强度又能可靠泄压的两级密封缓释结构设计方法,并在具有公斤级装药的烤燃弹中进行了试验验证。结果表明,烤燃弹采用两级密封设计时,若泄压通道与装药截面的面积比不小于30%,且慢烤过程中,气体产物的压力未达到96.5MPa时便可打通泄压通道,避免了装药反应的进一步增长,使其仅发生燃烧,并保持壳体结构的完整性。

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。

不同约束条件下HMX基含铝炸药的慢烤响应特性

为了探索HMX基含铝炸药在不同约束下的慢烤响应特性,从而为战斗部缓释结构的设计提供依据,通过慢速烤燃试验分析了典型HMX基压装含铝炸药点火过程的特征,并采用调节烤燃弹壳体强度及泄压通道面积的方式研究了Φ25mm×50mm装药响应等级的差异。结果表明,慢烤条件下,该含铝炸药的点火过程包含3个阶段,即局部区域生成少量气体、无焰燃烧面扩展、明火燃烧,且持续时间较短;若烤燃弹未预设排泄通道,弹体内压力大于其临界压力值(96.5~193MPa)时,则该炸药反应速率便迅速增长;若烤燃弹结构约束较强,则排泄通道面积与装药截面面积的比值需大于30%,才能使炸药仅发生燃烧反应,且壳体结构完好;但即便排泄通道的面积较大,该炸药点火后泄压过程仍能对强度较低的壳体具有明显破坏作用。

慢烤试验中PBX-6炸药件的响应特性（英文）

为了解缓慢加热对炸药件安全性的影响,分别开展了PBX-6粉末炸药样品在压力1 MPa和0.101 MPa、升温速率2℃·min^(-1) 和5℃·min^(-1) 的DSC分析,以及SR50mm PBX-6半球炸药件在55℃、140 d的加速老化试验。设计了Φ100 mm球形炸药件的慢烤试验装置,对球形S-1~#和S-2~#试样进行了升温速率分别为2℃·min^(-1) 和5℃·min^(-1) 的慢烤试验。通过热电偶和温度测试系统记录测量位置的温度变化,结合冲击波超压和试验残余物对比分析试验结果,探讨慢速烤燃行为与热分解特性的关系,综合评估PBX-6炸药件在缓慢加热条件下的安全性。结果表明,升温速率2℃·min^(-1) 时,S-1~#试样的爆燃时间为8373 s,爆响温度为218.5℃,爆燃反应较弱。升温速率5℃·min^(-1) 时,S-2~#试样的爆燃时间为4074 s,爆响温度为224.9℃,冲击波超压为21.8kPa,爆燃程度较大。即升温速率越大,试样的爆响时间越短,爆响温度越高,爆燃程度越大。

自由空间对炸药慢烤响应特性影响的研究

为研究弹药中自由空间对烤燃响应剧烈程度的影响,采用主装药为RDX的高能炸药压制6种不同直径的药柱,以(1±0.2)℃/min的升温速率进行了慢速烤燃试验。实验结果表明:当弹药内的自由空间比值为0、45.71%时出现了爆炸现象,自由空间比值在10.25%时出现了部分爆轰,而自由空间比值为19.95%、29.09%、37.67%时则出现了爆轰现象,响应最为剧烈。由此可见,当壳体、炸药及装药密度不变时,在一定范围内,随着自由空间的增加,响应的剧烈程度增大,超过这个范围,随自由空间的增加,响应的剧烈程度减小。自由空间是影响烤燃响应剧烈程度的重要因素,研究结论能为弹药在热环境中的安全使用提供参考。

密集烤房低温慢烤对烤烟质量的影响

研究并对比了"三段六步式"烘烤工艺和低温慢烤"新三段六步式"烘烤工艺的中部烟叶质量。结果表明:新烘烤工艺能够有效的使烟叶的质量得到提高。和原烘烤工艺相比,新烘烤后的烟叶让烘烤的成熟度提高,油分有所增加,橘黄烟叶比例提高到了21.54%;烟叶化学成分协调性指数增加。感官质量的提高达到了极显著水平(α=0.01)。烟叶的风格特征更加明显,香气质提高,香气量提高,生杂气减轻,烟气熟练感增强,工业需求符合度更高。

稳温慢烤对不同烤烟品种理化性状和经济性状的影响

为研究稳温慢烤烘烤工艺对不同品种烟叶的影响,对3个在湖南广泛种植的烟草品种进行稳温慢烤试验。结果表明:湘烟5号的上等烟比例达56.38%,较云烟87提高9.08个百分点,较K326提高22.14个百分点;中上等烟比例达99.29%,较云烟87提高1.34个百分点,较K326提高4.67个百分点。说明湘烟5号比较适宜采用稳温慢烤烘烤工艺。