Al/PTFE弹丸冲击反应释能及Al颗粒粒径的影响

发布时间：2021-09-22 06:26

　　基于简化的反应释能评价方法,构建了准密闭容器实验系统,以超压传感器测试的容器内超压评价反应气体焓变,以红外热像仪和瞬态响应热电偶采集的温升评价容器材料吸收的内能,开展了2种不同Al粉粒径活性弹丸的冲击反应释能研究。结果表明:在500 m/s速度加载下,2μm和100μm Al粉粒径活性弹丸的单位质量冲击释能分别为2.9 k J/g和1.3 k J/g;测试系统总能量中容器材料吸收的内能最多,均占80%以上;计算得到Al粉颗粒的反应厚度为8.8μm,即在实验条件下活性弹丸中的Al组分在其粒径小于17.6μm时能完全反应,原料Al颗粒粒径选择亦需要在17.6μm以下。 

【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

加载和测试系统示意图

由式(2)易知求解气体焓变需要气体超压、气体体积和绝热指数3个参数。图2为2种活性弹丸冲击爆燃过程的超压曲线。针对气体的扩散过程，具体考量以容器容积作为气体体积时的对应超压。将图2分为2个阶段进行描述:阶段I时弹丸动能转化为反应活化能，引起PTFE裂解，产生大量气相基团，在稀疏波作用下基团被释放至容器内与飞散的Al颗粒接触反应。显然基团释放促进超压增加，接触反应和气体扩散促进超压下降，并且在实验No.1中爆燃阶段Ⅰ内明显的超压波动说明爆燃过程是分立进行的，始终有1个为主导地位，即Al/PTFE活性弹丸的爆燃是非匀速、反复进行的。由于PTFE裂解的速率变化范围有限，大量的接触反应消耗大量的解裂气会导致超压骤降，接触反应速率亦骤降，则出现了超压的突跃变化。大颗粒Al的比表面积低，组分接触有效面积小，实验No.2的爆燃总体速率相对较低，超压波动亦不明显。弹丸爆燃能力殆尽时反应停止，超压将因气体在容器内的轴向自由扩散迅速下降，当气体扩散至预留弹孔形成阻塞流，超压下降速率将立即减缓，如阶段Ⅱ所示。实验No.1在21 ms处的曲线下降分界点为阻塞流的形成点，所以该点代表了容器以容积作为气体体积时能够存留的最大气体焓，本文将以该点的超压作为容器的准静态超压。基于单一变量的控制，实验No.2以相同时间的超压作为容器的准静态超压。

实验No.2的爆燃总体速率相对较低，弛豫时间约为No.1的4倍，但两组曲线均在各自特征时间段(图3标识处)内达到了一定的热稳态，即容器内能由内壁向外壁传递的效果与各自内能传导至环境的热损失达到平衡状态。且各温度相对不变，则热损失效率不变，亦有与之平衡的热传递速率不变，所以这一特征时间段内容器壁的温度将相对接近线性梯度，对应特征温度为式(2)的代入参数值。3.3 冲击总释能

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3403301