不同热通量下炸药烤燃的数值模拟

以固黑铝炸药为研究对象,针对炸药火烧的烤燃试验或可能受到意外热辐射的热安定性问题,建立了炸药热辐射的数值计算模型.采用计算流体力学软件ANSYS FLUENT,对几种不同的热通量104,105,106 W·m-2下固黑铝炸药的热点火规律进行了计算,得到了固黑铝炸药的点火时间、点火温度及点火位置.计算结果表明,随着热通量...     

炸药圆柱体烤燃二维数值模拟

采用有限元方法编制二维烤燃程序,程序中加入了Frank-Kamenetskii零级反应模型、一级反应模型及McGuire-Tarver反应模型,对RDX炸药圆柱体的烤燃行为进行了数值模拟研究.     

RDX基PBX药柱烤燃过程的数值模拟

为合理评估炸药的热安全性,采用自主编写的有限元软件—"含能材料动态响应数值模拟软件",对黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)药柱的烤燃过程进行了数值模拟,实现了炸药多步热分解反应的动力学过程。探索了点火区域各组份质量分数随温度的变化规律。结果表明,400 K时,初级热分解反应开始加速,450 K时次级分解反应明显发生,至460 K时,第三步热分解反应开始加速,气体终产物逐渐积累,当气体终产物质量分数为0.006%时,发生点火。此外,随着升温速率增加,炸药点火时间急剧衰减,中心点温度下降。     

炸药多点测温烤燃实验和数值模拟

为了研究炸药热反应规律,采用多点测温的烤燃实验装置,对PBXC10炸药进行了不同加热速率下的烤燃实验,测量了从炸药边沿到炸药中心不同位置的温度变化.建立了炸药烤燃实验计算模型,对炸药热反应过程进行了数值模拟计算.根据实验测量的炸药温度与时间曲线,标定了PBXC10炸药指前因子和活化能,分析了不同加热速率下炸药热反应特征...     

DNAN基含铝炸药烤燃实验与数值模拟

为研究RB-2X(2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)/铝(Al)/黏结剂)和RM-2X(DNAN/HMX/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/Al/黏结剂)两种新型DNAN基含铝炸药热响应特性,开展RB-2X炸药在1.0 K·min-1、RM-2X炸药在1.0 K·min-1和0.5 K·min-1加热速率下烤燃实验,测量炸药中心温度变化.建立烤燃弹数值模拟计算模型,采用多组元网格单元计算方法,考虑熔铸炸药冷却收缩形成空气间隙的影响,分析炸药热响应特性.数值模拟点火时间与实验结果对比显示,RB-2X炸药点火时间偏差为1.13％,RM-2X炸药点火时间最大偏差为5.63％.在此基础上,分析熔铸炸药壳体壁面与炸药之间的空气间隙对炸药点火时间的影响,结果显示延迟时间随间隙宽度增大而缓慢增大,当空气间隙扩大到0.75 mm后,延迟时间稳定在90 s,表明空气间隙对炸药点火时间的影响明显.预测装填RM-2X大尺寸弹药热响应过程,结果表明弹药尺寸和加热速率的增大会明显降低点火时中心温度,DNAN熔化状态从全部熔化变为固液共存.     

模块装药快速烤燃特性的数值预测

为了研究模块装药的热安全性,基于可燃药盒材料和单基药的化学反应机理,建立了模块装药的二维非稳态烤燃模型。在外界升温速率为1～10 K·min~(-1)下,分析了模块装药的快速烤燃响应特性。结果表明,模块装药最初的着火位置均是在靠近可燃药盒内壁面左右两侧的单基药中,点火区为两个环形响应区。随着升温速率的提高,环形响应区将从单基药内向药盒内壁面方向移动,但外界升温速率的变化对模块装药点火位置的影响较小。在1,6,10 K·min~(-1)升温速率下,单基药发生烤燃响应的点火温度分别为458.2,453.9 K和455.7 K,与文献中实验所测得的点火温度(443～463 K)基本吻合。外界升温速率的变化对模块装药发生烤燃响应的点火温度影响较小,但随着升温速率的提高,模块装药发生烤燃响应的点火时间呈指数型衰减。     

黑索今基含铝炸药烤燃实验和数值模拟

含铝（Al）炸药在烤燃过程中,Al粉会改变炸药内部传热机制从而影响炸药热反应,因此需要研究含Al炸药热反应特征。采用多点测温烤燃法,对压装黑索今（RDX）/石蜡（WAX）（96/4）炸药进行了烤燃实验,获得了炸药内部不同位置处温度变化;结合数值模拟计算,标定了RDX炸药反应动力学模型参数;分别采用多点测温烤燃法和烤燃弹法,对压装RDX/Al/Binder（60/31/9）和熔铸梯恩梯（TNT）/RDX/Al（60/24/16）两种含Al炸药进行了烤燃实验,获得了炸药内部温度变化及点火时间。建立含Al炸药热反应计算模型,计算分析了炸药热反应特征。对RDX/Al/Binder考虑了Al粉的吸热和热传导;对TNT/RDX/Al考虑了相变及多步热分解反应,并采用多组元网格单元计算法同时考虑Al粉的吸热;对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算,通过与实验结果比较验证了计算结果的准确性。研究结果表明：Al粉的加入会加快压装RDX/Al/Binder（60/31/9）含Al炸药内部的传热速率,缩短其点火时间,降低炸药热安全性;Al粉的加入对铸装TNT/RDX/Al（60/24/16）含Al炸药的传热过程没有显著影响。     

不同升温速率下模块装药慢速烤燃特性的数值模拟

为分析模块装药在外界热刺激下的热稳定性,开展了模块装药慢速烤燃特性的研究。建立模块装药慢速烤燃模型,在1.8 K/h、3.6 K/h和 7.2 K/h 3种升温速率下进行数值模拟计算。结果表明：在慢速烤燃条件下,升温速率较低（1.8 K/h、3.6 K/h）时,烤燃响应区域靠近中心传火管;升温速率较高（7.2 K/h）时,烤燃响应区域已不再靠近中心传火管的位置。由此可见,升温速率对模块装药着火时间和烤燃响应区域位置有较大的影响。随着升温速率的提高,着火时间变短,烤燃响应区域向单基药中心移动,烤燃响应区域由一个中心环形区域变成关于中心对称的两个环形区域,升温速率对烤燃响应区域的着火温度影响较小。     

底排药快速烤燃特性的数值模拟

为了研究底部排气弹的热安全性,基于高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排药两步化学反应机理,建立了底排装置的二维非稳态烤燃模型。在外界加热速率为1,5,10 K·min~(-1)条件下,分析了底排装置的快速烤燃响应特性。结果表明,在上述加热速率下,底排药最先着火位置均靠近底排药外侧壁面附近。外界加热速率的变化对底排药着火位置的影响略小。随着加热速率的提高,底排药发生烤燃响应的着火时间呈指数型衰减。在1,5,10 K·min~(-1)加热速率下,AP/HTPB底排药发生烤燃响应的温度分别为579.4,574.0 K和573.5 K,加热速率对底排药的着火温度影响较小。     

考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算

以低熔点的TNT炸药为研究对象,根据已有的TNT炸药烤燃实验,建立了炸药烤燃热反应模型,模型除了考虑炸药热传导外,还考虑了炸药多步化学反应、炸药相变和液态炸药的对流传热。采用计算流体力学软件Fluent,对加热速率为0．05K·s^-1时TNT炸药的烤燃过程进行了数值模拟计算,得到了TNT炸药的剧烈反应时间为4150s,炸药点火时3号特征点的温度为226℃;与实验结果比较,验证了计算模型和相关参数的正确性。分析了不同加热速率下（0．3K·s^-1,0．05K·s^-1,3．3K·h^-1）TNT炸药相变和温度变化情况。计算结果表明,烤燃中炸药相变熔化是从外向内逐步进行,未熔化的固态炸药会在重力作用下出现沉降。炸药熔化时会吸收热量,使温度上升速度减小。刚熔化的炸药在对流作用下温度会在短时间内快速上升。液态炸药存在热对流和热传导的共同作用,使炸药内部温度分布的均匀性增加。炸药相变对炸药点火温度,点火时间和点火位置都有影响。     

不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析

为了研究不同升温速率条件下炸药热反应规律,建立了炸药烤燃模型,利用计算流体力学软件,对固黑铝炸药(GHL)在不同升温速率下的烤燃过程进行了数值模拟计算.采用Arrhenius定律描述炸药自热反应,根据在1 K·min-1升温速率下固黑铝炸药烤燃实验测量的温度-时间曲线,确定了固黑铝炸药的活化能和指前因子分别为180.2 kJ·mol-1和2.1674 s-1; 分别对3.3 K·h-1,1 K·min-1,3 K·min-1和10 K·min-1四种不同升温速率下固黑铝炸药烤燃过程进行了数值模拟计算分析.结果表明,升温速率对炸药点火时间和点火位置有很大影响.升温速率增大,炸药点火时间缩短,点火位置从炸药内部移向炸药边缘.升温速率对炸药点火温度影响很小,但慢速烤燃下炸药点火时的环境温度比快速烤燃低.     

HTPE推进剂烤燃试验尺寸效应及数值模拟

以端羟基聚醚(HTPE)推进剂为研究对象,对不同尺寸的试验件开展了慢速烤燃和快速烤燃试验。利用Fluent软件对上述慢烤和快烤试验进行了模拟,分析了试验件响应时内部温度的分布情况。结果表明,各试验件慢烤试验响应温度无显著差异,但响应剧烈程度明显不同。小、中、大型试验件的响应温度分别为134.9,136.4,140.1℃,响应等级分别为燃烧、爆炸和爆轰。快烤试验均呈现出较为温和的响应结果,小、中、大型试验件的响应等级分别为燃烧、燃烧和爆燃。数值模拟表明,三种尺寸试验件慢烤试验的着火点位置略有差异,小型试验件着火点位于药柱中心点处,中型和大型试验件着火点分别位于其内孔壁喇叭孔上方和翼形孔上方。小型和中型试验件快烤试验的着火点位于其药柱和端盖夹角的环形区域,而大型试验件快烤试验在其壳体中段多处同时发生点火。固体发动机烤燃特性的试验研究中,对小型模拟试验件的合理化设计必须充分考虑药柱结构及尺寸大小对传热机制的影响。     

RDX炸药热烤(Cook-off)实验及数值模拟

对一种改性的RDX炸药进行了热烤实验。应用热传导理论对实验中炸药的热作用过程进行了分析,并通过软件PHOENICS3．3对RDX在热烤过程中的热响应情况进行了模拟。结果表明,在环境温度较低时,RDX受热发生分解,所放出的热量可以及时地散失到环境中,从而不发生爆炸。环境温度较高时,药柱的边沿受热形成局部高温,导致热点火,使药剂发生爆炸。     

基于LS-DYNA软件的水下爆炸数值模拟研究

文中就LS—DYNA软件在水下爆炸数值模拟中的应用,在近场爆炸、远场爆炸、气泡脉动等方面的具体实现方法以及各项计算参数对计算结果的影响进行了研究。