起爆药四氮烯在接近其起爆温度(385K和400K之间)时的热分解动力学和热化学

在AMRL(航空航海研究中心)，以硼／Pb3O4/四氮烯为主要组分的无气体火帽药剂以及基于和四氮烯相混合的铅盐起爆药为组分的许多在役针刺和撞击敏感药剂的有效爆炸感度取决于四氮烯的爆炸特性以及四氮烯作为含能敏化剂的作用功能。使用差示扫描量热仪和热量仪的热分析技术，可以确定四氮烯，在接近于起爆温度，大约为140℃(413K)，时的一系列分解步骤；首先，四氮烯被软化，然后它以两个阶段过程进行放热分解，这第一和主要的阶段遵循自动催化速率定律，方程形式为：d(α)／dt=K2α(1-α)式中α是第一阶段的反应深度，t为时间。从完成于387．9K和398K之间的自动学分析，证明四氮烯分解动力学遵循Atrhenius速率关系导出的活化能为185．4kJ mol^-1(它与断键过程的能量有关)，指前因子，InA (min^-1)，为56．23(它与反应的熵有关)。

升温速率对限定条件下烤燃弹热起爆临界温度的影响

为研究升温速率与限定条件下烤燃弹热起爆临界温度之间的关系,利用自行设计的烤燃试验装置,以1℃·min^(-1)的升温速率对装有RDX基高能炸药的烤燃弹进行加热,并使壳体外壁温度分别恒定在160,170,180,185,195℃,50 min后观察烤燃弹的响应情况。用FLUENT软件对不同升温速率下烤燃弹的热起爆临界温度进行了数值模拟。结果表明,炸药置于恒定高温环境中比慢速加热更加危险,其发生反应的环境温度更低,响应更剧烈;升温速率为1℃·min^(-1)时,烤燃弹的热起爆临界温度为194.8℃。且随升温速率的提高,烤燃弹的热起爆临界温度缓慢升高,当升温速率大于10℃·min^(-1)时,其热起爆临界温度均为197℃。在给定的条件下,升温速率对烤燃弹点火点的位置无影响,均为中心点火。

限定条件下聚黑炸药烤燃试验及热起爆临界温度的数值计算

采用自行设计的烤燃试验装置,以1.0℃/min的升温速率并采用恒温控制技术对聚黑(JH)炸药进行了不同温度下的50min恒温烤燃试验;用FLUENT软件对不同升温速率和装药尺寸的聚黑炸药热起爆临界温度进行了数值计算。结果表明,炸药存在一个热起爆临界温度,炸药置于恒定高温环境中比慢速烤燃更危险,发生反应的环境温度更低,响应更剧烈。随着升温速率的增加,药柱的热起爆临界温度缓慢升高,当升温速率大于10.0℃/min时,热起爆临界温度均为197℃。药柱的长径比相同时,随着药柱尺寸的增加,聚黑炸药的热起爆临界温度逐渐降低,当药柱尺寸增加到一定值时,药柱尺寸对聚黑炸药热起爆临界温度的影响将减弱。

装药尺寸对限定条件下炸药热起爆临界温度的影响（英文）

为研究装药尺寸与限定条件下炸药热起爆临界温度之间的关系,利用自行设计的烤燃试验装置,以RDX为主的JH炸药为试验材料,在1℃/min的升温速率下,采用恒温控制技术进行了不同温度下的烤燃试验。利用FLUENT软件对不同装药尺寸下炸药的热起爆恒温临界温度进行了数值计算,研究了装药尺寸对炸药热起爆恒温临界温度的影响。试验结果表明,烤燃弹存在一个热起起爆恒温临界温度。仿真结果表明:当药柱的长径比相同时,随着药柱尺寸的增加,炸药的热起爆恒温临界温度逐步降低。当药柱尺寸增大到一定值时,装药尺寸对烤燃弹的热起爆恒温临界温度的影响将减弱。装药尺寸对点火点的位置无影响,均为中心点火。

装药弹体侵彻混凝土厚靶中的炸药摩擦起爆模型

基于炸药的热爆炸理论,采用炸药的热点温度(也称为临界起爆温度)作为起爆判据,分析了装药弹体在侵彻混凝土厚靶过程中的炸药安全性问题,建立了炸药摩擦起爆的热传导模型。对模型进行了量纲一化分析,得出量纲一热流率幅值Qm与炸药和弹壳界面量纲一温度峰值T′max的关系,以及可在实际工程中应用的临界量纲一控制参数Qmc,同时得到了反映摩擦产生的热量在炸药与弹壳间分配比例关系的量纲一参数ΚⅠ。结果表明,炸药装药和弹壳接触面间的强摩擦是形成热点、从而导致炸药早炸的一个重要因素。

N,N'-二[(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)]乙二胺的热安全性和密度泛函理论研究(英文)

借助N,N'-二[(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)]乙二胺的恒容标准燃烧热(Qc),不同加热速率(β)非等温DSC曲线离开基线的初始温度(T0)、onest温度(Te)、最大峰顶温度,由Kissinger法和Ozawa法所得的热分解反应活化能(EK,EO)和指前因子(AK),从方程lnβi=ln[A0/be0(orp0)G(α)]+be0(orp0)Te(orp)i所得的值be0(orp0),从方程lnβi=ln[A0/(ae0(orp0)+1)G(α)]+(ae0(orp0)+1)lnTe(orp)i所得的ae0(orp0)值,从方程ln(βi/(Tei-T0i))=ln (A0/G(α))+bTei所得的b值,从方程ln(βi/(Tei-T0i))=ln (A0/G(α))+alnTei所得的a值,估算的比热容(cp)、密度(ρ)、热导率(λ)和分解热(Qd,取爆热之半)数据,Zhang-Hu-Xie-Li公式,Hu-Yang-Liang-Xie公式,基于Berthelot方程和Harcourt-Esson方程计算热爆炸临界温度的公式,Smith方程,Friedman公式,Bruckman-Guillet公式,热力学公式和Wang-Du公式,计算了由理想燃烧反应和Hess定律得到的BTNEDA的恒容标准燃烧能ΔcU(BTNEDA,s,298.15K)和标准生成焓ΔfHmθ(BTNEDA,s,298.15K),β→0时的T0、Te和Tp值(T00,Te0和Tp0),热爆炸临界温度(Tbe0和Tbp0),绝热至爆时间(tTIad),撞击感度50%落高(H50),热点起爆临界温度(Tcr),被350K环境包围的半厚和半径为1m的无限大平板、无限长圆柱和球形BTNEDA的热感度概率密度函数,相应于S(T)与T关系曲线最大值的峰温(TS(T)max),安全度(SD),临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE)。得到了评价BTNEDA热安全性的下列结果:(1)ΔcU(BTNEDA,s,298.15K)=-(3478.11±6.41)kJ.mol-1和ΔfHmθ(BTNEDA,s,298.15K)=-(53.546.41)kJ.mol-1;(2)T00=438.73K,TSADT=Te0=440.73K,Tp0=446.53K;Tbe0=449.88K,Tbp0=455.28K;(3)当EK=199.5kJ·mol-1,AK=1020.45s-1,cp=1.12J·g-1.K-1,Qd=3226J·g-1,T0=Te0=440.73K,T=Tb=455.26K,f(α)=3(1-α)2/3,a=10-3cm,ρ=1.87g·cm-3,t-t0=10-4s,Troom=293.15K和λ=0.00269J·cm-·1s-·1K-1,H50=15.03cm,tTIad=1.25s,Tcr,hot,spot=333.86K;对无限大平板,TS(T)max=350K,Tacr=345.47K,SD=28.55%,PTE=71.45%;对无限长圆柱,TS(T)max=354.5K,Tacr=349.73K,SD=39.31%,PTE=60.69%;对球,TS(T)max=357.00K,Tacr=352.42K,SD=45.81%,PTE=54.19%。运用密度泛函理论计算获得了BT-NEDA的优化构型及红外光谱,分析了其分子总能量、前沿轨道能量和原子净电荷分布。

CO_(2)聚能剂燃烧与冲压实验研究

为进一步地揭示CO_(2)相变膨胀的热力学机理,通过CO_(2)爆燃冲压实验,对起爆温度、CO_(2)与CO_(2)聚能剂(一种高能复合材料)质量比对CO_(2)爆燃冲压过程、CO_(2)聚能混相流体燃烧速率、燃烧热和峰值压强的影响规律进行了研究。最终得到了不同工况下实验组的压强时程。结果表明:爆燃筒内反应能否发生对CO_(2)密度和起爆温度有一定的要求;在实验研究范围内,CO_(2)密度、CO_(2)与CO_(2)聚能剂质量比、起始温度与爆燃实验的化学反应速率、压强增长速率呈正相关。

1,3,3-三硝基氮杂环丁烷的热安全性

借助不同加热速率(β)的非等温DSC曲线离开基线的初始温度(T0)、onset温度(Te)和峰顶温度(Tp),Kissinger法和Ozawa法求得的热分解反应的表观活化能(Ek和EO)和指前因子(Ak),Hu-Zhao-Gao方程lnβi=ln[A0/(be0orp0G(α))]+be0orp0Teiorpi求得的be0orp0,Zhao-Hu-Gao方程lnβi=ln[A0/((ae0orp0+1)G(α))]+(ae0orp0+1)lnTeiorpi求得的ae0orp0,微热量法确定的比热容(Cp),以及密度(ρ)、热导率(λ)和分解热(Qd,取爆热之半)数据,Zhang-Hu-Xie-Li公式、Hu-Yang-Liang-Xie公式、Hu-Zhao-Gao公式、Zhao-Hu-Gao公式、Smith方程、Friedman公式和Bruckman-Guillet公式,计算了TNAZ在β→0时的T0,Te和Tp值(T00,Teo和Tp0)、热爆炸临界温度(Tbe和Tbp)、绝热至爆时间(tTlad)、撞击感度50%落高(H50)和热点起爆临界温度(Tcr),得到了评价TNAZ热安全性的结果:TSADT=Te0=485.81K,Tp0=497.38K,Tbeo=499.50K,Tbp0=513.45K,tTlad=8.90s(n=0),tTlad=8.96s(n=1),tTlad=9.01s(n=2),H50=28.88cm,Tcr=641.46K(Troom=293.15K),Tcr=658.89K(Troom=300K),表明:(1)TNAZ对热是稳定的;(2)撞击感度好于环三亚甲基三硝胺(RDX);(3)热点起爆临界温度高于RDX,而界于1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)和六硝基茋(HNS)之间.