喷射结晶器流场数值模拟及超细FOX-7制备技术研究
发布时间：2021-09-05 21:42
1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）,是一种新型高能钝感单质炸药,在不敏感弹药中具有良好的应用前景。然而,目前合成所得FOX-7颗粒品质不佳,主要体现在颗粒形貌不规则,颗粒粒径大以及粒度分布宽等方面,限制了其在新型混合炸药中的应用。本文着眼于含能材料喷射结晶技术,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的方法,在对喷射结晶器内湍流场数值模拟的基础上,通过自主设计搭建的喷射结晶设备,对FOX-7晶体的喷射结晶过程进行了试验研究,并对所制备FOX-7产品的形貌、粒径分布、晶体结构、热稳定性及机械感度进行了表征与测试。主要内容如下:（1）喷射结晶器混合腔的结构对内部流场湍流混合情况影响较大,选择与混合腔出入口相关的四个结构参数为研究对象,每个参数设置四个水平,设计L16（44）正交试验。利用Gambit 2.4.6软件建立16个喷射结晶器几何对称模型,并对其进行网格划分,同时设置一定的网格间隔以保证足够的网格数量和精度。通过EquiAngle Skew和EquiSize Skew两个指标对网格质量进行...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FOX-7准三维网格及其形成机理
中北大学学位论文52010年，Huang等[30]采用喷雾冷冻干燥技术（sprayfreeze-dryingtechnique）制得了具有一维纳米结构的准三维网格，X射线衍射结果表明不同FOX-7浓度制备得到的晶体具有相同的XRD曲线，与原料相一致，且高浓度有利于得到高结晶度的产品。不同浓度的FOX-7溶液得到的产品如图1-2（a）和（b）所示，其可能的形成机理如图1-2（c）所示，稀溶液与高浓度溶液影响了网格的形成与否，主要是由于高浓度溶液过饱和后结晶得到高稳定性的大尺寸颗粒，不易发生自组装过程而无法形成网格。热分析表明颗粒尺寸越小，其热分解温度更低，但分解速率更高。对浓度为2.0g·L-1的FOX-7溶液得到的纳米颗粒进行静电火花感度测试，其50%临界点火电压（V50）和50%临界点火能量（E50）分别为13.19kV和2.65J，均低于原料的测试值（分别为16.42kV和4.11J），这是由于纳米颗粒表面能较高，对刺激更加敏感。2012年，Mandal等[31]利用胶束纳米反应器（micellarnanoreactor）制备得到亚微米级别的类球形FOX-7颗粒，且FOX-7颗粒的形貌和尺寸随水/表面活性剂摩尔比的改变而有所不同。与原料相比，其撞击感度和摩擦感度并无明显改善，作者将原因归结于小尺寸FOX-7颗粒表面积的增加导致其反应活性增强。同时，DSC结果曲线表明了加热过程中FOX-7晶型的两次转变（α型→β型以及β型→γ型）。图1-3微乳液中球形FOX-7的形成机理[31]Figure1-3MechanismsfortheformationofsphericalFOX-7inmicroemulsion2013年，Cai等[32]利用中孔碳材料FDU-15合成了受限条件下的FOX-7纳米晶体（C-43.8，表示FOX-7/FDU-15复合材料中FOX-7所占质量分数约为43.8%），如图1-4
中北大学学位论文6所示。热性能测试结果表明FDU-15可以改善其纳米通道内部FOX-7的热稳定性，且能量释放效率更高。感度测试表明，C-43.8对撞击和摩擦作用不敏感，对静电火花也很钝感（V50>37kV，E50>20J），不仅比FOX-7原料钝感（V50=13.13kV，E50=2.642J），甚至比TATB更钝感（V50=34.12kV，E50=17.75J）。图1-4FOX-7/FDU-15主/客体含能复合材料Figure1-4FOX-7/FDU-15host/guestenergeticcomposites2014年，Gao等[33]采用超声波喷雾辅助静电吸附法（ultrasonicspray-assistedelectrostaticadsorptionmethod，USEA）制备得到平均粒径340nm的类球形FOX-7颗粒（粒径分布范围为200nm~450nm）和平均粒径78nm的块状FOX-7颗粒（粒径分布范围为30nm~200nm），如图1-5所示。DSC和TG热分析表明纳米FOX-7颗粒的分解速率更高、能量释放速率更高，作者将该现象归因于纳米FOX-7颗粒较少的晶格缺陷和较低的内部应力。（a）亚微米FOX-7（b）纳米FOX-7图1-5UESA法制备的FOX-7颗粒Figure1-5FOX-7particlespreparedbyUSEAmethod2018年，刘璐[34]测量了不同的纯溶剂和二元混合溶剂中FOX-7的溶解度，得出FOX-7在不同溶剂中的溶解度大小顺序为DMSO>NMP>DMF>DEF>γ-丁内酯>环己酮>
【参考文献】：
期刊论文
[1]CF3SO3H/H2O喷射结晶制备纳米TATB[J]. 王彦群,王军,杨光成. 含能材料. 2016(10)
[2]溶剂对FOX-7晶体相变和热性能的影响[J]. 周诚,黄靖伦,王伯周,张丽媛,马卿,李祥志. 火炸药学报. 2016(04)
[3]文丘里型液液喷射反应器结构的研究[J]. 郭玉婷,郝惠娣,吴煜斌. 化学工程. 2015(12)
[4]高级脂肪酸酯类化合物包覆RDX的研究[J]. 王娟,孙笑,周新利. 含能材料. 2015(06)
[5]多孔错流喷射混合器内液体射流轨迹线[J]. 骆培成,吴俊,辛传贤,贾海燕. 化工学报. 2014(07)
[6]RDX/RF纳米复合含能微球的乳液溶胶-凝胶制备[J]. 张娟,杨光成,聂福德. 含能材料. 2010(06)
[7]FOX-7及含FOX-7的HTPB推进剂安全性能[J]. 陈中娥,李忠友,姚南,雷晴,王度. 含能材料. 2010(03)
[8]超细HNS的形貌控制及性能[J]. 杨利,任晓婷,张同来,张建国. 火炸药学报. 2010(01)
[9]FOX-7晶体的制备和热性质[J]. 付秋菠,舒远杰,黄奕刚,周建华,张允湘. 火炸药学报. 2009(04)
[10]W/O微乳液法制备纳米HMX微球[J]. 王敦举,张景林,王金英. 火工品. 2009(03)
博士论文
[1]头孢噻肟钠结晶技术研究[D]. 张海涛.天津大学 2008
[2]混合—反应过程的理论与实验研究[D]. 陈建峰.浙江大学 1992
硕士论文
[1]溶剂-非溶剂法制备纳米FOX-7及纳米CoO对其催化性能研究[D]. 祁栋梁.西南科技大学 2019
[2]RDX和HMX细化结晶溶剂与温度的模拟仿真及制备研究[D]. 郭晨.中北大学 2019
[3]高能低感炸药FOX-7的结晶研究[D]. 刘璐.西南科技大学 2018
[4]吡啶硫酮锌结晶过程分子模拟及反溶剂喷射结晶实验研究[D]. 赵川川.东南大学 2018
[5]DNTF结晶过程研究[D]. 侯欢.中北大学 2016
[6]快速喷射混合强化共沉淀反应过程实验研究与数值模拟[D]. 方宜.东南大学 2016
[7]头孢呋辛钠反应及结晶过程研究[D]. 王慧慧.天津大学 2015
[8]重结晶法制备细粒度HNIW[D]. 张伟.中北大学 2014
[9]中低温相变材料的储热结构分析与数值模拟[D]. 董琼.武汉理工大学 2014
[10]纳微米HMX的制备和结晶品质控制技术研究[D]. 刘树浩.中北大学 2012
本文编号：3386136
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FOX-7准三维网格及其形成机理
中北大学学位论文52010年，Huang等[30]采用喷雾冷冻干燥技术（sprayfreeze-dryingtechnique）制得了具有一维纳米结构的准三维网格，X射线衍射结果表明不同FOX-7浓度制备得到的晶体具有相同的XRD曲线，与原料相一致，且高浓度有利于得到高结晶度的产品。不同浓度的FOX-7溶液得到的产品如图1-2（a）和（b）所示，其可能的形成机理如图1-2（c）所示，稀溶液与高浓度溶液影响了网格的形成与否，主要是由于高浓度溶液过饱和后结晶得到高稳定性的大尺寸颗粒，不易发生自组装过程而无法形成网格。热分析表明颗粒尺寸越小，其热分解温度更低，但分解速率更高。对浓度为2.0g·L-1的FOX-7溶液得到的纳米颗粒进行静电火花感度测试，其50%临界点火电压（V50）和50%临界点火能量（E50）分别为13.19kV和2.65J，均低于原料的测试值（分别为16.42kV和4.11J），这是由于纳米颗粒表面能较高，对刺激更加敏感。2012年，Mandal等[31]利用胶束纳米反应器（micellarnanoreactor）制备得到亚微米级别的类球形FOX-7颗粒，且FOX-7颗粒的形貌和尺寸随水/表面活性剂摩尔比的改变而有所不同。与原料相比，其撞击感度和摩擦感度并无明显改善，作者将原因归结于小尺寸FOX-7颗粒表面积的增加导致其反应活性增强。同时，DSC结果曲线表明了加热过程中FOX-7晶型的两次转变（α型→β型以及β型→γ型）。图1-3微乳液中球形FOX-7的形成机理[31]Figure1-3MechanismsfortheformationofsphericalFOX-7inmicroemulsion2013年，Cai等[32]利用中孔碳材料FDU-15合成了受限条件下的FOX-7纳米晶体（C-43.8，表示FOX-7/FDU-15复合材料中FOX-7所占质量分数约为43.8%），如图1-4
中北大学学位论文6所示。热性能测试结果表明FDU-15可以改善其纳米通道内部FOX-7的热稳定性，且能量释放效率更高。感度测试表明，C-43.8对撞击和摩擦作用不敏感，对静电火花也很钝感（V50>37kV，E50>20J），不仅比FOX-7原料钝感（V50=13.13kV，E50=2.642J），甚至比TATB更钝感（V50=34.12kV，E50=17.75J）。图1-4FOX-7/FDU-15主/客体含能复合材料Figure1-4FOX-7/FDU-15host/guestenergeticcomposites2014年，Gao等[33]采用超声波喷雾辅助静电吸附法（ultrasonicspray-assistedelectrostaticadsorptionmethod，USEA）制备得到平均粒径340nm的类球形FOX-7颗粒（粒径分布范围为200nm~450nm）和平均粒径78nm的块状FOX-7颗粒（粒径分布范围为30nm~200nm），如图1-5所示。DSC和TG热分析表明纳米FOX-7颗粒的分解速率更高、能量释放速率更高，作者将该现象归因于纳米FOX-7颗粒较少的晶格缺陷和较低的内部应力。（a）亚微米FOX-7（b）纳米FOX-7图1-5UESA法制备的FOX-7颗粒Figure1-5FOX-7particlespreparedbyUSEAmethod2018年，刘璐[34]测量了不同的纯溶剂和二元混合溶剂中FOX-7的溶解度，得出FOX-7在不同溶剂中的溶解度大小顺序为DMSO>NMP>DMF>DEF>γ-丁内酯>环己酮>
【参考文献】：
期刊论文
[1]CF3SO3H/H2O喷射结晶制备纳米TATB[J]. 王彦群,王军,杨光成. 含能材料. 2016(10)
[2]溶剂对FOX-7晶体相变和热性能的影响[J]. 周诚,黄靖伦,王伯周,张丽媛,马卿,李祥志. 火炸药学报. 2016(04)
[3]文丘里型液液喷射反应器结构的研究[J]. 郭玉婷,郝惠娣,吴煜斌. 化学工程. 2015(12)
[4]高级脂肪酸酯类化合物包覆RDX的研究[J]. 王娟,孙笑,周新利. 含能材料. 2015(06)
[5]多孔错流喷射混合器内液体射流轨迹线[J]. 骆培成,吴俊,辛传贤,贾海燕. 化工学报. 2014(07)
[6]RDX/RF纳米复合含能微球的乳液溶胶-凝胶制备[J]. 张娟,杨光成,聂福德. 含能材料. 2010(06)
[7]FOX-7及含FOX-7的HTPB推进剂安全性能[J]. 陈中娥,李忠友,姚南,雷晴,王度. 含能材料. 2010(03)
[8]超细HNS的形貌控制及性能[J]. 杨利,任晓婷,张同来,张建国. 火炸药学报. 2010(01)
[9]FOX-7晶体的制备和热性质[J]. 付秋菠,舒远杰,黄奕刚,周建华,张允湘. 火炸药学报. 2009(04)
[10]W/O微乳液法制备纳米HMX微球[J]. 王敦举,张景林,王金英. 火工品. 2009(03)
博士论文
[1]头孢噻肟钠结晶技术研究[D]. 张海涛.天津大学 2008
[2]混合—反应过程的理论与实验研究[D]. 陈建峰.浙江大学 1992
硕士论文
[1]溶剂-非溶剂法制备纳米FOX-7及纳米CoO对其催化性能研究[D]. 祁栋梁.西南科技大学 2019
[2]RDX和HMX细化结晶溶剂与温度的模拟仿真及制备研究[D]. 郭晨.中北大学 2019
[3]高能低感炸药FOX-7的结晶研究[D]. 刘璐.西南科技大学 2018
[4]吡啶硫酮锌结晶过程分子模拟及反溶剂喷射结晶实验研究[D]. 赵川川.东南大学 2018
[5]DNTF结晶过程研究[D]. 侯欢.中北大学 2016
[6]快速喷射混合强化共沉淀反应过程实验研究与数值模拟[D]. 方宜.东南大学 2016
[7]头孢呋辛钠反应及结晶过程研究[D]. 王慧慧.天津大学 2015
[8]重结晶法制备细粒度HNIW[D]. 张伟.中北大学 2014
[9]中低温相变材料的储热结构分析与数值模拟[D]. 董琼.武汉理工大学 2014
[10]纳微米HMX的制备和结晶品质控制技术研究[D]. 刘树浩.中北大学 2012
本文编号：3386136
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3386136.html
最近更新
教材专著
