基于VLW状态方程的氢氟爆轰参数理论分析及数值模拟研究

氟气是具有强氧化性的气体,与氢气会发生剧烈的化学反应,为了得到氢氟爆轰的爆轰参数,基于VLW状态方程与爆轰理论对氟气与氢气在标准状况预混条件下爆轰性能进行了理论计算,当氢气与氟气的摩尔比为1∶1时,计算得到爆压为15.31 MPa,爆温为6 479 K。利用materials studio与CP/2K分子动力学模拟计算了氢与氟的反应,对现有氢氟反应机理进行了完善。最后通过FLUENT流体动力学仿真软件对摩尔比为1∶1时的氢氟爆轰进行了仿真计算,因爆轰波在管道内多次叠加,所以计算出超压可达46 MPa,高于理论爆压值的15.31 MPa;管道内计算出的温度可达6 800 K,与理论爆温值相差4.6%,对研究氢氟爆轰条件与能量释放规律具有一定借鉴意义。

论VLW状态方程

论述了VLW状态方程中爆轰产物分子势参数的确定;根据不同类型炸药爆轰性能参数计算结果对炸药爆轰产物碳在CJ态的相进行了分析讨论,认为不同的炸药,产物碳有石墨和金刚石两种相存在;将VLW状态方程和BKW状态方程进行了比较分析,指出了BKW状态方程与VLW状态方程的区别及其产生的原因,并给出了VLW状态方程计算含能材料(包括高能炸药、燃料空气炸药、民用炸药)的爆轰性能参数计算结果。结果表明,计算值与实验值符合较好。

用VLW状态方程计算水的冲击Hugoniot曲线

采用L-J(Lennard-Jones 12-6)势函数,结合VLW状态方程,计算了水的冲击压缩Hugoniot曲线。将理论计算结果与实验结果进行了比较,当势函数参数ε/K=120、b0=30.42时,计算值与实验符合较好。与采用BKW状态方程计算结果相比,VLW状态方程能够更准确地描述水的冲击Hugoniot曲线。

VLW爆轰产物状态方程的发展及应用

以国际公认理论完美的维里(VIRIAL)状态方程为基础,建立了VLW炸药爆轰产物状态方程,简述了VLW炸药爆轰产物状态方程的形成背景,呈现了VLW方程的推导过程;应用VLW方程计算了军用高能炸药、民用工业炸药、凝聚相炸药、气相燃料空气炸药的爆轰性能参数,以及火箭推进燃烧性能参数,推导了爆轰产物的热力学函数(内能、熵、化学位等)。结果表明,应用VLW方程计算的参数结果准确合理;成功解决了高温下(T*>20)高级维里系数计算难题,准确表达了爆轰条件下的维里方程属性。

Fortran VLW代码的可视化软件

基于Fortran VLW代码,开发了具有良好用户界面的、估算炸药爆轰参数的可视化软件。软件采用VB6.0开发,研究人员只需做一些简单的选择和输入,就可以很快获得所选炸药的爆轰参数计算结果,结果的浏览采用图形和文本两种方式。研究人员只需单击菜单选项,就可以查看和保存有关的计算结果。

有氧化剂(AP)含铝炸药的爆轰性能

对有氧化剂含铝炸药(RDX/AP/Al/粘合剂=20/43/25/12,下称含铝炸药)爆轰反应的点火增长模型进行研究。用VLW 状态方程方法计算了含铝炸药爆轰产物JWL 状态方程;用激光速度干涉仪(VISAR)测量炸药/窗口界面粒子速度和炸药驱动金属平板自由表面速度,对试验进行了数值模拟计算,拟合了含铝炸药的反应速率方程。研究结果表明,用VLW状态方程方法和炸药/窗口界面粒子速度确定JWL状态方程和反应速率方程可行,金属平板驱动试验的计算结果与试验结果吻合。

B/KNO_3燃烧性能参数计算

B/KNO3点火药具有燃烧热值高、点火能力强以及安全钝感等特点,在直列式点火系统中有较广泛的应用。对B/KNO3燃烧性能参数进行理论计算,有助于指导这类点火系统的设计。本文利用VLW状态方程和最小自由能原理对B/KNO3的燃烧性能参数进行了计算。计算前,采用最小二乘法对JNNAF热力学函数表中的有关数据进行拟合,得到了硼系氧化产物的标准焓和标准熵的温度函数系数。计算得到装填密度为0 31g/cm3的B/KNO3火药力、余容以及最大燃烧压力为2 14 5×10 5J/kg、4 4 7×10 - 4m3/kg和78 2 3MPa,分别与密闭爆发器实验值2 116×10 5J/kg、4 4 18×10 - 4m3/kg和76MPa接近。

金属配合物类炸药的爆轰性能计算及数值模拟

拟合了高氯酸[四氨.双(5-硝基四唑)]合钴(Ⅲ))(BNCP)、高氯酸.四氨.双叠氮基合钴(Ⅲ)(DACP)以及四氨.双(3,5-硝基三唑)合铜(Ⅱ)三种金属配合物炸药的固体爆轰产物Co和Cu的Cowan状态方程参数和热力学函数系数,利用VLW爆轰产物状态方程程序计算了其爆速、爆压等爆轰参数值,同时根据计算得到的等熵膨胀数据拟合出它们的JWL状态方程参数,并利用LS-DYNA有限元程序对炸药驱动飞片进行了数值模拟。结果显示,计算得到的爆轰参数值与文献给出的实验数据基本吻合,偏差在4%以内。

BNCP驱动飞片实验测试及数值模拟

为了研究BNCP驱动飞片的能力,采用光纤位移干涉仪(DISAR)对其速度进行了测试,获得了速度成长曲线。测试结果显示:当BNCP在1.645g/cm3和1.623 g/cm3密度下驱动0.1mm厚的钛飞片时,飞片速度分别可达3 400m/s和3 300m/s左右。同时,通过VLW状态方程程序计算了BNCP的等熵膨胀数据,拟合出其JWL状态方程参数。将JWL状态方程参数运用于软件LS-DYNA中,对BNCP驱动飞片进行数值模拟。结果显示数值模拟与实验曲线基本一致。