典型炸药烤燃试验中多步化学反应动力学研究

发布时间：2020-06-04 16:56

【摘要】：战斗部作为武器系统中重要的效能组件,其在生产,加工,运输,使用和储存过程中,存在着人为或者意外火灾的风险。高能炸药具有热敏感性的特点,在受热过程中,发生复杂的热分解反应。化学反应放出的热量进一步加速了热量的积累,最终引发炸药发生燃烧或者爆炸。对炸药的热安全性研究主要是烤燃试验和数值模拟。烤燃试验主要对装药的宏观响应特性进行直接观测。数值模拟针对炸药热反应过程进行综合分析,克服了烤燃试验成本高,周期长,系统数据难以全面准确测量的缺点,而且可以通过改变边界条件,研究其对点火规律的影响,为合理评估炸药热安全性提供理论依据。目前的商业软件,尽管其能够模拟烤燃现象,但需要用户自己根据二次开发接口设计程序来实现含能材料热分解模拟；而国外的相关专业软件尽管功能完善,但很难得到其源代码。因此,自主研发炸药热安全性仿真软件迫在眉睫。本课题是基于“含能材料动态响应数值模拟软件包”,自主编写了烤燃试验有限元数值仿真程序,实现多步化学反应动力学模拟。首先,针对当前的烤燃研究现状进行总结归纳,探索发展方向。对于国外主要的烤燃数值模拟程序,进行重点研究,由于不能获取其使用手册,所以只能在已发表的文献中,寻找软件研发思路,分析其架构和功能模块,探索其数值算法,为自主研发烤燃数值模拟程序打下基础。其次,在“含能材料动态响应数值模拟软件包”的基础上,利用有限元思想,自主编写了针对烤燃试验的多步化学反应动力学程序。该程序可实现外界热量和化学反应的耦合计算。针对不同炸药的反应路径,编制了不同的反应模型。在算法中实现了显式和隐式的结合,用参数进行调控。三类热量边界条件可以满足大多数烤燃试验的需求,基于此程序,可以研究炸药在烤燃过程中,相关组分含量的变化规律。最后,论文利用自主编制的化学反应动力学程序对典型炸药进行烤燃数值模拟研究。主要针对以RDX为主的PBX装药和以HMX为主的LX-10装药结构,计算了在不同外界热刺激下,点火时间,点火温度,炸药组分含量变化等信息,借此分析炸药的安全性
【图文】：

物理,化学反应动力学,武器,燃烧转爆轰

典型炸药烤燃试验中多步化学反应动力学研巧逡逑、多种材料相互作用、多物理过程相互z1合的综合计算。ＡＬＥ３Ｄ软件功如图１．２所示。上世纪９０年代初，ＡＬＥ３Ｄ己实现了邋ＡＬＥ流体动力学、显、化学反应动力学和显式／隐式热传导等基本的热／力／化学计算模块。么后中，ＡＬＥ３Ｄ又开发了一系列专口针对武器物理研究的独特算法，如显隐学z1合、有限元（ＦＥＭ）／光滑粒子法（ＳＰＨ）结合、自动接触搜索、单元侵蚀、学平衡计算（Ｃｈｅｅｔａｈ）等技术，适用于武器开发过程中经常遇到的高速冲扭曲、块体破碎、燃烧转爆轰等问题ＰＷＷ。逡逑

功能图,功能,化学反应动力学,武器

典型炸药烤燃试验中多步化学反应动力学研巧逡逑、多种材料相互作用、多物理过程相互z1合的综合计算。ＡＬＥ３Ｄ软件功如图１．２所示。上世纪９０年代初，ＡＬＥ３Ｄ己实现了邋ＡＬＥ流体动力学、显、化学反应动力学和显式／隐式热传导等基本的热／力／化学计算模块。么后中，ＡＬＥ３Ｄ又开发了一系列专口针对武器物理研究的独特算法，如显隐学z1合、有限元（ＦＥＭ）／光滑粒子法（ＳＰＨ）结合、自动接触搜索、单元侵蚀、学平衡计算（Ｃｈｅｅｔａｈ）等技术，，适用于武器开发过程中经常遇到的高速冲扭曲、块体破碎、燃烧转爆轰等问题ＰＷＷ。逡逑
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ560.1

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