爆炸场热流密度测试方法研究

发布时间：2020-08-31 12:31

　　战斗部爆炸场对目标的毁伤元主要包括:破片、冲击波超压、窒息效应及热效应等,随着大当量战斗部以及燃料空气战斗部研究的不断深入,爆炸场热毁伤效应越发明显,其毁伤效应主要通过热流密度来衡量,因此,开展针对爆炸场热流密度测试方法的研究有着十分重要的意义。本文根据爆炸场热毁伤测试的要求,结合不同测试方法的优缺点以及目前热流密度传感器的研究现状,提出了一种新型的基于红外探测的接触式热流密度传感器的总体方案设计。基于AUTODYN软件模拟了 40.966kgTNT炸药空中爆炸时的爆炸温度场环境,对爆炸场热毁伤效应进行了初步的评估,从而确定了热流测试系统的设计指标要求,给出了热流密度测试系统的总体方案设计,并根据一维稳态传热理论给出了测试系统的热流密度测试原理,分析得出了传感器测得的热流密度与其热敏元件后壁面温度变化率的关系式。随后开展了热流密度传感器各组成部件(热敏元件、黑体涂层、光学系统、光电转换元件以及传感器壳体等)的具体结构设计及材料选择,并基于ANSYS有限元仿真软件对黑体涂层材料以及热敏元件进行了热力学仿真,探讨了黑体涂层对热敏元件传热的影响,结果显示,黑体涂层只是略微降低了传感器的输出幅值,对传感器的整体结构设计并无影响。此后根据传感器信号的输出特性要求,完成了热流传感器信号调理电路的设计,通过设计放大电路、滤波电路以及变送电路实现了将传感器光电元件输出的毫伏级电压信号转换为0-5V的电压信号输出。最后,以黑体炉为标准辐射源通过绝对式标定方法标定了所设计制作的热流传感器响应灵敏度,得到了传感器的响应灵敏度拟合直线,其线性度误差为5.91%,满足传感器的设计要求,并对热流传感器进行了 100kg某温压弹爆炸温度场现场测试实验,结果显示,爆炸场环境热流密度最高可达9.35MW/m2,验证了所设计的热流密度测试系统用于爆炸场测试的可行性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ410.33
【部分图文】：

戈登,真空钎焊,制造工艺,热敏元件

硕士学位论文逡逑（２）戈登计逡逑戈登计又称圆形薄片热流传感器，其测试原理简图如图１．２所示，其中热沉体与导逡逑线１、２以相同金属材料制成。金属薄片热敏元件通过其周边与热沉体相连，形成一个逡逑参考热电偶结点；将热敏元件与热敏元件中心相连的导线２，作为另一个热电偶结点。逡逑当热敏元件暴露在均匀热环境中时，热敏元件表面吸收热量并径向传导给热沉体。这样，逡逑在薄片的中心和边缘之间就会形成一个抛物线形温度梯度，并在两者之间产生一个电势逡逑差，电势差与表面热流成正比。由于测试精度较高，戈登计常常作为标准热流密度传感逡逑器使用。逡逑＾热敏原件逡逑Ｉ逡逑导线１邋导线２逡逑图１．２戈登计结构示意图逡逑２０１０年，李日东等人对戈登计制造工艺进行改进，采用真空钎焊的方式焊接圆箔与逡逑热沉体，减小了传感器的所受的热应力。同时，作者对所设计传感器进行标定，发现传逡逑感器测试范围在０？３０００邋ｋＷ／ｍ２

量热计,薄壁,结构示意图,戈登

热流计,结构示意图,薄膜,热电偶

＾热敏原件逡逑热电偶逡逑图１．３薄壁量热计结构示意图逡逑二十世纪八十年代，Ｋｅｌｔｎｅｒ等人研宄出了以不同材料的热敏元件与热电偶进行组合逡逑测温时，热电偶热传导所造成的温升率的误差计算公式［２７］。Ｋｉｄｄ邋ＣＴ研宄了热电偶线在逡逑进行热量传输时所造成的热损失，研宄表明热敏元件在对热电偶线进行热量传导时会造逡逑成传感器的响应时间变大［２８］。逡逑２００８年，Ｎｏｒｒｉｓ邋Ｊ等人通过有限元法研宄了不同直径的Ｅ型热电偶导热对不锈钢热逡逑容式热流密度传感器测试的影响，结果表明热电偶线会使得传感器测到的热流密度低于逡逑实际热流密度值，同时会增大传感器的响应时间［２９］。逡逑２０１５年，杨庆涛等人基于能量平衡原理给出了对变状态条件下修正热容式热流密度逡逑传感器导热损失的一种方法

【参考文献】