正癸烷云雾气液两相浓度对其燃爆参数的影响

为研究正癸烷云雾在相同粒径条件下气液两相浓度对燃爆参数的影响,用测量液雾粒径与浓度的光学测量系统和20 L二次脉冲气动喷雾多相爆炸测试系统,测量了基于相同索特平均直径D32,不同气液两相浓度的正癸烷云雾,实验研究了其燃爆参数。结果表明,在D32为38.11μm,点火能为40.32 J的条件下,正癸烷气液两相云雾燃爆下限总浓度为199.29 g·m-3,对应的液相质量浓度为151.34 g·m-3,气相体积浓度为0.77%(V/V)。在可燃浓度范围内,最大爆温峰值与最大爆压峰值分别为812℃和0.97 MPa。在D32为38.11μm的条件下,正癸烷云雾液相浓度对燃爆下限影响较小,而影响正癸烷云雾燃爆下限的主导因素是气相浓度。     

共轴聚焦型微流控装置剪切高粘溶液连续制备双基球形发射药

为了探索连续化生产粒径可控的百微米范围内双基球形发射药工艺条件,以质量分数为10%的双基发射药溶液为分散相,采用共轴聚焦型微流控装置制备了400～700μm范围内粒径可控的双基球形发射药,并研究了两相流量比(Q_c/Q_d)、芯片尺寸对其粒径和形貌的影响。通过扫描电镜、光学显微镜、密闭爆发器等测试方法,表征了样品形貌、粒径分布和定容燃烧性能。结果表明：随两相流量比(Q_c/Q_d)减小,相同芯片下制备样品的中位粒径(D₅₀)先增大后减小;随芯片的连续相或分散相通道内径增大,相同两相流量比下制备样品的D₅₀依次增大。当分散相通道内径为0.85 mm,连续相通道内径为2.00 mm,两相流量比为200.00时,制备的样品单分散性好、表面光滑、内部密实、球形形状规则(平均球形度φ_K=0.949)且粒径分布窄(跨度span=0.09),其D₅₀为539.94μm,平均颗粒密度ρ为1.601 g·cm^-3。密...     

分散度对铝粉爆炸敏感性的影响

为分析大粒径分布跨度下粒径分布对铝粉爆炸特性参数的影响,选出能够表征铝粉爆炸特性的粒径参数,提高铝粉爆炸风险评估的准确性,开展了铝粉爆炸敏感性研究。采用Siwek 20 L爆炸球和Hartmann管实验装置,分别探究分散度对微米级铝粉最小爆炸浓度（MEC）和最小点火能（MIE）的作用规律。结果表明：铝粉的爆炸敏感性参数随着粒径的增加而加速增大。对于小粒径的铝粉,粒径变化对MEC和MIE的作用相对较小;粒径跨度较大的混合铝粉样本中,小粒径铝粉起到点火源的作用,使得MEC和MIE值均降低,增大了铝粉爆炸风险。从皮尔逊相关性分析结果来看,粒径参数D_3,2（Sauter平均直径）、D₄₀（粒径第40百分位数）与MEC和MIE的相关性最高,其中D_3,2与MEC和MIE相关系数为0.962 7和0.746 0,D₄₀与MEC和MIE相关系数为0.947 9和0.741 1,而粒径多分散性和粒径跨度与MEC和MIE的相关性较弱,因此在研究铝粉爆炸敏感性时选用D_3,2和D₄₀作为主要的粒径分布表示方式较为合适。     

含氟有机添加剂对含铝聚醚推进剂燃烧凝聚相产物的影响

为了抑制高含铝推进剂燃烧凝聚相产物的团聚,将含氟有机添加剂加入到含铝聚醚推进剂中,用高速摄像装置研究了推进剂药条的燃烧情况。利用扫描电子显微镜/能谱仪、激光粒度分析仪、X-射线衍射仪、实时粒度测试仪研究了含氟有机添加剂对推进剂燃烧凝聚相产物形貌、粒径、成分和燃烧实时粒度的影响。结果表明：含氟有机添加剂的加入,有助于减少燃烧铝颗粒的尺寸,能明显减少大尺寸凝聚相粒子的生成,在7 MPa时,加入2%的含氟有机添加剂,燃烧凝聚相产物的平均粒径D₅₀从5.83 μm减小到3.06 μm;X-射线衍射仪测试结果显示,含氟有机添加剂的加入导致燃烧凝聚相产物中α-Al₂O₃晶型和θ-Al₂O₃晶型几近消失,主要形成γ-Al₂O₃和δ-Al₂O₃晶型。     

乙醇气液两相云雾最低着火温度

最低着火温度（minimum ignition temperature， MIT）是判定燃料空气炸药是否发生窜火现象的重要依据。借鉴粉尘最低着火温度的研究方法，以Godbert-Greenwald（G-G）加热炉为主要试验仪器，搭建了气液两相云雾的最低着火温度测试系统，建立云雾瞬态浓度粒度测试装置。选取乙醇为实验试剂，在加热炉中心位置处云雾浓度为7000 g·m^-³、燃料分散压力为0.06~0.10 MPa的实验条件下，测试了乙醇气液两相云雾的粒度分布情况变化规律，并分析讨论了粒度分布情况和云雾流速对最低着火温度的影响。结果表明，液滴直径和云雾流速都是影响最低着火温度的重要因素，但在不同的燃料分散压力情况下表现出不同的重要性。在浓度保持7000 g·m^-³的条件下，随着燃料分散压力从0.06 MPa增大到0.10 MPa，液滴直径由146.58 μm减小到70.97 μm，乙醇的最低着火温度的先从468 ℃降低到464 ℃，再升高到476 ℃，最终保持在475 ℃。当压力小于0.07 MPa时，影响最低着火温度的主要因素是液滴直径，最低着火温度随液滴直径减小而降低。当压力大于0.07 MPa时，影响最低着火温度的主要因素是云雾流速，流速不变，最低着火温度也保持不变。     

不等径开放式撞击流雾化特征及二乙二醇/水体系混合研究

采用粒子图像测速技术(PIV)对不等径开放式撞击流中质量分数60%的甘油-水溶液雾化性能进行了研究,探讨韦伯数We(51≤We≤1605)、入射速度u(2.12 m·s^-1≤u≤6.37m·s^-1)、喷嘴直径(喷嘴1:左侧喷嘴直径(D₁)=1.5 mm,右侧喷嘴直径(D₂)=2 mm;喷嘴2:D₁=2 mm,D₂=3 mm)对液膜破碎特征及液滴行为的影响,并对复合含能材料粘结剂溶剂二乙二醇与水混合过程的液滴分布进行了研究。结果表明:随着We增大,液膜破碎长度先增大,当液膜破碎模式到达无边缘模式后减小,且液膜厚度与液滴直径逐步减小,液滴速度逐步增大;随喷嘴直径增大,液膜破碎模式变化不显著,液膜破碎长度、厚度、液滴直径均增大,液滴速度则逐步减小。同时,拟合得到液膜破碎长度、液膜厚度、液滴索特平均直径D[3,2]与喷嘴直径、韦伯数间的经验关联式,采用二乙二醇与水体系验证后发现,随入射速度增大,二乙二醇与水撞击混合后液滴直径减小,分布变窄,D[3,2]数值在经验关...     

高挥发性液体传质速率机理和实验研究

为研究高挥发性液体传质速率计算方法,建立矩形风道,在风道中制造不同风速空气流,对103.9 mm液面直径的乙醚液面进行气体与液体（简称气液）传质质量损失的实验研究,分析不同温度对气液传质速率的影响。以实验结果为依据,根据麦克斯韦速率分布理论,结合Mackay等 ^［12］提出的低于沸点温度的气液传质速率计算模型进行量纲分析,提出新的温度修正项,对计算模型进行修正。液面实验结果表明：随着温度的降低,气液传质速率减小;随着风速的减小,气液传质速率减小。通过实验值与计算值的对比得到温度修正项系数为0.559,计算方法中给出气液传质速率与温度、风速0.78的次幂呈正比。为验证气液传质速率计算模型的准确性,进行液柱下流气液传质传热实验,使不同直径乙醚液柱通过2.0 m/s空气流,测量实验前后液体温度变化。根据修正后气液传质速率计算模型计算液柱下流过程中气液传质能量传递导致的温度变化情况,与实验结果进行对比。液柱下流实验结果表明：计算结果与实验测量值对比误差小于等于3.81%,修正后气液传质速率计算模型误差较小,计算精度高。     

燃料空气炸药二次起爆引信与爆轰云雾动态交会浓度检测方法

燃料空气炸药（FAE）抛撒后形成最大能量云雾爆轰的关键,在于二次起爆引信能否在极短的交会时间内完成快速准确的最优云雾爆轰浓度检测。通过试验和仿真工具验证了利用脉冲超声在云雾介质中的回波衰减对云雾浓度快速检测方法的可行性。为保证试验结果的准确和严谨性,高动态交会环境下引信样机检测的流道内云雾浓度无法与预设环境浓度视为等同。采用计算机数值模拟方法,模拟出100 m/s试验工况下引信与云雾交会过程中检测流道内的气体与固体两相流体浓度分布。结果表明,在浓度分别为75 g/m³、150 g/m³、225 g/m³的交会环境中,引信流道的仿真浓度与脉冲超声在流道内的传播衰减率具有一致性,可为提高FAE武器最优起爆提供分析手段。     

爆轰不稳定性及初始压力对螺旋爆轰轨迹角的影响

为研究爆轰不稳定性及初始压力对螺旋爆轰轨迹角的影响，开展了预混气螺旋爆轰实验研究。利用内径63.5 mm、长4 m的爆轰管道系统对4组预混气(气体Ⅰ:2H₂+O₂+50%Ar,气体Ⅱ:C₂H₂+2.5O₂+85%Ar,气体Ⅲ:C₂H₂+5N₂O,气体Ⅳ:CH₄+2O₂)进行爆轰实验；采用烟膜技术记录螺旋爆轰波的胞格结构，测量不同预混气在不同压力下右旋、左旋横波与管轴形成的轨迹角α⁺、α^-,分析轨迹角的变化、初始压力以及爆轰不稳定性对其影响。实验结果表明：4种预混气的螺旋爆轰轨迹角均位于30°～50°范围内；爆轰不稳定性相对较弱的气体(气体Ⅰ,气体Ⅱ,气体Ⅲ),轨迹角测量值与声学理论计算得到的理论值吻合度较好，不稳定性强的气体(气体Ⅳ),测量值与理论值吻合度较差；4种预混气的轨迹角离散度大小及变化趋势与壁面胞格离散度一致；随着初...     

横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响

固体火箭高速自旋诱发的过载环境会引起燃烧室内流动、传热和燃烧耦合关系的改变,致使发动机点火特性区别于常规点火,对点火可靠性和弹体安全产生潜在威胁。为了研究过载下固体火箭发动机点火过程特性,建立耦合颗粒惯性过载场、颗粒碰撞推进剂增强传热、推进剂侵蚀/过载耦合燃烧、流场惯性过载场效应的综合点火模型。对不同横向过载方向、大小以及颗粒粒径下点火过程进行计算,给出了动态气-粒分布特征,分析了颗粒粒径与过载大小对点火峰值压力p_max、点火滞后时间ξ₁、火焰传播时间ξ₂和火焰填充时间ξ₃的影响规律。研究结果表明：点火过程中过载方向引发气-粒分布规律存在明显差异,进而影响推进剂传热与内弹道在时域的缩短规律;相同过载环境下,粒径减小,点火滞后时间ξ₁和火焰传播时间ξ₂缩短,而对火焰填充时间ξ₃的影响基本可以忽略;在大长径比发动机中,点火颗粒粒径不变,点火延迟时间ξ随过载增加而缩短。     

战斗部壳体爆炸破片体/线分形维数研究

为研究爆炸瞬时情况下金属壳体破碎形成破片的形状特征规律,设计了壳体爆炸破碎形成破片回收试验,来研究瞬时破碎条件下破片分布及内在关系。通过借鉴体/线分形维数测定数学模型,并应用MATLAB软件中数学算法对描述破片质量或大小分布特征的体分形维数D₃以及描述破片迎风面投影轮廓特征的线分形维数D₁进行了计算。研究结果表明：爆炸条件下壳体破碎形成破片质量分布和形貌特征均满足统计自相似性,可以用分形维数来表征;计算获得破片平均体分形维数为2.385 9,平均线分形维数为1.298 7,二者之间满足D₃+2D₁=5.     

烟酸粉尘云爆炸极限的逻辑回归分析

欧盟标准EN14034-3:2006、美国标准E1515和中国标准GB/T 16425—1996 对粉尘云爆炸下限浓度测定方法的规定和要求各不相同,为更精确地研究粉尘云的爆炸下限,根据统计学的数据收集方式,在20 L球型爆炸装置中测试粒径为96~113 μm的烟酸粉尘云爆炸下限。基于Logistic回归模型,利用SPSS统计软件得到烟酸粉尘云的爆炸下限概率-浓度分布曲线,实现对GB/T 16425— 1996粉尘云爆炸下限浓度测定方法中粉尘云爆炸下限区间的量化,并分析了实验次数的不同对爆炸下限概率分布的影响规律。分析结果表明：爆炸下限概率为50%时,置信区间范围最窄,并且在实验次数不同时,其爆炸下限概率在该值处两边发展趋势不同。与现有粉尘云爆炸下限浓度测定方法得到的结果相比,以概率表示烟酸粉尘爆炸下限更符合实际情况,为企业安全生产标准提供精确的理论依据。     

超细亚铁氰化铅/高氯酸铵复合粒子的制备及热分解、防团聚性能研究

为提高高氯酸铵（AP）的分解性能,改善AP的团聚问题,采用配位沉淀法合成亚铁氰化铅（Pb₂Fe(CN)₆）,并通过立式搅拌球磨机对其进行粉粹纳米化,分别采用直接研磨法、超声辅助法、溶剂非溶剂法3种不同的方法制备超细Pb₂Fe(CN)₆/AP复合粒子。通过扫描电镜、激光干法粒度仪、X射线衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热对所制备的复合粒子形貌、粒度分布、晶体结构、热分解性能进行表征,并研究了样品的防团聚性能等。结果表明：溶剂非溶剂法合成复合粒子形貌为准球形,粒径约8 μm,分散较为均匀,复合效果较好;AP在纳米Pb₂Fe(CN)₆的催化下,直接研磨法所制备的复合粒子高温分解温度由原来的446.3 ℃降低至390.4 ℃,超声辅助法降低至391.2 ℃, 溶剂非溶剂法降低至379.1 ℃;Pb₂Fe(CN)₆/AP复合粒子较纯AP高温分解活化能降低了14.2%,速率常数提高了28.6倍;Pb₂Fe(CN)₆与AP复合后能有效地阻止AP 的团聚,同时Pb₂Fe(CN)₆/AP 复合粒子相比于同粒径的纯AP松装堆积密度提高了6.16%,振实堆积密度提高了10.4%.     

含能材料粉尘爆炸压力和压力上升速率的研究

对比研究了点火延迟时间，粉尘粒度和浓度对梯恩梯粉尘，黑索金粉尘和面粉的影响规律，定性讨论了含能材料和一般工业粉尘的爆炸过程。实验表明：空气中的氧浓度并非是含能材料粉尘爆炸的必要条件，爆炸的压力随浓度的增加而线性增加；粒度在一定范围内对爆炸峰值压力影响不大，压力上升速率随粒度的减小而增大，但增加趋势较一般工业粉尘平缓；点火延迟是一定范围内，对其峰值压力和压力上升速率的影响不明显。     

液态燃料爆炸极限及其惰化抑制实验研究

采用自行设计的一套可燃液体爆炸极限试验装置,对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的爆炸极限及1301、二氧化碳、氮气等惰化介质对这三种燃料惰性化抑制作用特性进行了实验研究。结果表明,RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的爆炸极限浓度分别为1.53%～7.73%、0.82%～7.17%及3.38%～18.25%;1301对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的最小惰化抑制浓度分别为6.75%、6.8%及5.56%;二氧化碳和氮气对RP-3油料的最小惰化抑制浓度分别为45%和49%。根据实验结果分析,得出1301对油料爆炸惰化抑制效果明显优于二氧化碳与氮气。     

高粘度液体爆炸分散实验研究

在无约束空间中.采用不同比药量(炸药量与装填液体之比)对不同粘度的高粘度液体进行了爆炸分散实验.讨论了液体粘度、比药量对爆炸分散后液体粒径分布的影响以及对初始云团半径的影响.实验结果表明,液体粘度和分散药量对爆炸分散后液体粒径大小的分布,以及初始云团半径的形成有显著的影响.粘度越大,爆炸分散后形成的颗粒平均直径越大,分散越不均匀,颗粒的形状越不规则;比药量越大,液体分散效果越好,初始云团形成的速度越快,且初始云团半径也越大.     

铝粉粒度对奥克托今基空爆温压炸药能量释放的影响

为了研究含铝空爆温压炸药(TBX)的能量释放规律及铝粉粒度对其的影响,以野外近地实测与有限元分析软件Autodyn数值计算相结合,获得了TBX的冲击波超压场。对梯恩梯（TNT）在空爆情况下的超压场进行实验及其分析,基于TNT实验结果分析了TBX的能量水平以及铝的后燃烧效应对爆热的贡献。结果表明：含铝TBX的能量释放率呈现先降低、后逐渐升高的趋势,TBX在3 m近场处的超压主要由高能炸药及氧化剂贡献;而5 m处铝粉吸热,出现削弱冲击波的现象;由于铝粉的后燃烧效应,远场处的能量释放率较高,5 kg TBX在13 m处可达到1.93倍TNT当量。铝粉粒度对TBX的影响主要体现在氧化铝对总能量的衰减作用和细铝粉对远场的超压贡献不足两个方面。采用5 kg TBX实测数据对Autodyn模拟结果进行校正,通过校正过的约束条件计算质量为1 000 kg的TBX,计算得到颗粒级配铝粉的TBX有效毁伤半径可达72 m,较TNT增加了50%.