下载文档原格式
铝灰爆炸反应方程式1. 引言铝灰是一种由铝粉制成的细粉末，具有较大的比表面积和高度活性。
由于其高度活性，铝灰在与氧气或其他氧化剂接触时会发生剧烈的反应，产生大量的热量和气体，甚至引发爆炸。
因此，了解铝灰爆炸反应的方程式对于安全生产和防范事故具有重要意义。
本文将详细介绍铝灰爆炸反应的方程式，包括反应的化学过程、热力学特征以及实际应用等方面的内容。
2. 铝灰爆炸反应的化学过程铝灰爆炸反应的化学过程可以分为两个主要步骤：氧化反应和燃烧反应。
2.1 氧化反应铝灰与氧气接触时，铝粉中的铝原子会与氧气分子发生氧化反应，生成氧化铝。
这个过程可以用以下方程式表示：2Al + 3O2 -> 2Al2O3方程式中的2表示铝的摩尔比，3表示氧气的摩尔比，2Al2O3表示生成的氧化铝的摩尔比。
2.2 燃烧反应在氧化反应的基础上，铝灰与氧气进一步发生燃烧反应，生成大量的热量和气体。
这个过程可以用以下方程式表示：4Al + 3O2 -> 2Al2O3 + 热量方程式中的4表示铝的摩尔比，3表示氧气的摩尔比，2Al2O3表示生成的氧化铝的摩尔比。
热量是由于燃烧反应产生的。
3. 铝灰爆炸反应的热力学特征铝灰爆炸反应的热力学特征主要包括反应焓变和反应熵变。
3.1 反应焓变反应焓变是指反应过程中吸热或放热的情况。
对于铝灰爆炸反应，由于生成氧化铝的过程是放热的，因此反应焓变为负值。
这意味着铝灰爆炸反应是放热反应，会释放大量的热量。
3.2 反应熵变反应熵变是指反应过程中系统的无序程度的变化。
对于铝灰爆炸反应，反应熵变的正负取决于氧化铝的形态。
如果氧化铝是以固体形式存在，反应熵变为负值；如果氧化铝是以气体形式存在，反应熵变为正值。
根据实际情况，反应熵变可以是正值也可以是负值。
4. 铝灰爆炸反应的实际应用铝灰爆炸反应具有高度的热能释放和气体产生速度快的特点，因此在实际应用中有许多重要的用途。
4.1 火箭推进剂铝灰可以作为火箭推进剂的重要组成部分。
2021年7月 安阳工学院学报第 20 卷第 4 期(总第 112 期)Journal of Anyang Institute of TechnologyJuly, 2021Vol.20 No.4(Gen.No.ll2)DOI: 10.19329/ki.1673-2928.2021.04.015爆炸力学基础课程的剪裁与嫁接王 猛，孔二华，江向阳，苏 洪，龚 悦 (妥徽理工大学化学工程学院，妥徽淮南232000)摘 要:爆炸力学基础是弹药工程与爆炸技术专业的檢心专业课，也是基础力学理论通往爆炸科学研究及工程技术实践的桥梁。
本文从弹药工程与爆炸技术专业的人才培养和课程倚接两个维度探讨课程教学的改革方向，结合教学实际提出课程剪裁和嫁接的处理方法。
关键词:爆炸力学课程;教学改革;高等教有中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号：1673-2928(2021 )04-0055-03弹药工程与爆炸技术专业(以下简称“弹爆专 业”)是力学和化学的交叉学科。
该专业在公共基础课外开设有化学类课程，力学类课程与爆炸、燃 烧、安全、器材、工程、测试等专业门类课程。
将本 专业进一步细分，除了炸药与烟火剂制造属于化学 方向以外，其他学科方向如工程爆破、起爆器材、爆 炸测试、目标毁伤、燃烧技术、安全技术等，均与力 学有重要联系。
因此,相关力学课程在该专业基础 学习中起着重要的支撑作用。
其中爆炸力学基础 勰是弹爆专业本科教学的核心专业课，也是后续 其他爆炸专业课程学习的重要基础课。
笔者近年来一直从事爆炸力学基础课程的讲 授,撰写了爆炸力学基础讲义。
本文将从本专业 的人才培养和课程衔接两个维度探讨课程教学的 改革方向，并结合教学体会,特别提出课程剪裁和 嫁接的处理旅1爆炸力学基础课程的主要特点爆炸力学基础课程属于行业力学课程。
行业 力学课程是指力学在各行业中应用的课程。
从内 容上看,这些课程通常是由力学基础课程和专业 课程等部分内容组成的。
johnson-cook力学本构模型约翰逊-库克力学本构模型是一种描述固体材料的非线性变形和失效行为的力学模型，广泛应用于机械工程、材料科学、爆炸动力学等领域。
约翰逊-库克力学本构模型是由美国犹他大学的两位研究人员约翰逊和库克于1983年提出的。
它是一种经验性本构模型，适用于金属等大变形材料的失效特点研究。
该模型的优点是描述了材料的很多失效行为，如塑性、蠕变、断裂等。
缺点是需要较多的材料实验数据，且选取参数较困难。
该本构模型的核心在于使用一个修正的强度函数，该函数可以反映材料的动态增强和动态软化特性。
其中，强度函数表示为：σ=ε[(A+Bεp)(1-Clnεp)+Dln(εp/εp0)](1+ε˙/ε˙0)^n其中，σ为应力，ε为应变，εp为塑性应变，A、B、C、D、n、ε˙0、εp0均为本构模型参数。
该强度函数的特点如下：1.描述了动态增强和动态软化特性。
随着应变率的增加，材料的强度增加，但塑性应变也随之增加，达到一定程度后，材料变脆并出现软化。
2.考虑了材料的压缩和拉伸特性。
A和B参数控制材料在拉伸和压缩下的应力响应。
3.考虑了材料的应变率效应。
n参数表示应变率对材料强度的影响程度。
在该本构模型中，还引入了力学损伤参数D和反应率参数C。
D表示材料的累积剪切变形量对材料强度降低的影响，C则描述了材料在应变程度超过某一界限时出现的软化过程。
该本构模型的参数选择需要依据材料实验数据，通过拟合实验结果来确定，要求较高的实验技术和分析能力。
同时，该本构模型适用于大变形材料的研究，对于其他类型材料的研究需要进一步改进和完善。
固体击发爆炸的原理和模拟方法固体击发爆炸是一种常见的爆炸形式，它通常是由于外力作用导致固体内部的能量超过了临界值而引起的。
在实际应用中，我们需要对这种爆炸进行精确的模拟和预测，以确保安全性和可靠性。
本文将介绍固体击发爆炸的原理和模拟方法，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、固体击发爆炸的原理固体击发爆炸是一种由外力作用引起的爆炸，它是一种机械能转化为化学能的过程。
通常，固体内部的化学键会在受到外力作用下断裂，释放出大量的化学能，从而引起爆炸。
这种爆炸通常伴随着火焰、热量和压力波的产生，具有强烈的破坏性和危险性。
固体击发爆炸的能量来源是外力作用，其临界值取决于固体的物理和化学性质。
一般来说，当受到的外力超过了一定的阈值时，固体内部的化学键就会断裂，从而引起爆炸。
此时，爆炸所产生的能量将会以各种形式释放出来，如火焰、热量和压力波等。
二、固体击发爆炸的模拟方法为确保工业和军事应用中的固体击发爆炸的安全性和可靠性，我们需要对这种爆炸进行精确的模拟和预测。
一般来说，固体击发爆炸的模拟可以采用数值模拟方法，即通过计算机模拟来预测和分析爆炸的过程和结果。
固体击发爆炸的数值模拟通常可以采用爆炸动力学方法。
这种方法将爆炸过程看作是一种复杂的动力学系统，并将其建模为一组基于物理和化学原理的微分方程组。
然后，通过求解这组微分方程组，我们可以预测和分析爆炸的各种参数，如火焰、热量、压力波等。
在进行数值模拟之前，我们需要确定固体击发爆炸的所需参数，如固体的物理和化学性质、外力的大小和方向等。
这些参数的准确性和精度对模拟结果的准确性和可靠性至关重要。
三、固体击发爆炸的应用固体击发爆炸在多个领域得到了广泛应用，如工业制造、民用和军事，其中最重要的应用包括火箭发动机、炸药、汽车和飞机等。
火箭发动机是固体击发爆炸在航空航天领域中的最重要应用之一。
它通常采用固体发动机，其中液体燃料被固体催化剂燃烧，释放出巨大的能量，从而推动火箭飞行。
韧性金属圆球壳的动态膨胀和碎裂过程的数值模拟作者：段忠，陈磊来源：《科技创新导报》 2011年第12期段忠陈磊(宁波大学机械工程与力学学院工程力学系浙江宁波 315211)摘要:本文通过ABAQUS软件建立韧性金属膨胀球壳的有限元模型,采用包含内聚力失稳断裂准则和温度软化效应的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的断裂和分离过程,采用断裂能量判据来判断单元是否失效,采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit计算程序进行数值分析,通过分析膨胀球壳向外沿径向膨胀、碎裂的全过程和膨胀球壳的碎片断裂特征,发现韧性金属材料在二维均匀冲击拉伸载荷作用下,表现出多重损伤和碎裂的现象,损伤发展、演化和断裂(碎裂)的发生都有着明显的先后顺序。
关键词:韧性金属膨胀球壳数值模拟二维碎裂中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0084-021 引言固体材料的动态碎裂问题是固体力学领域的一个重要的研究课题。
金属材料在高速变形过程中发生断裂和碎裂是爆炸力学中常见的现象。
Mott[1]在二战时期开创了材料的碎片化现象研究,Grady和Kipp[2,3]对Mott模型进行关键性修正,Glenn和Chudnovky[4]、Miller[5]、Wang 和Ramesh[6]等研究了材料一维冲击拉伸断裂问题。
由于应力状态的复杂性,针对材料的多维碎裂物理机制的分析较为困难。
国防应用之外,在日常生活中也存在着许多材料多维碎裂的例子,如平板玻璃的碎裂、河床干裂等。
目前研究材料二维及三维的实验手段相当有限,膨胀圆球壳是实现材料双轴均匀拉伸破坏的有效模型。
如果圆球壳壁厚远小于球体半径,球壳周向处于近似的平面应力状态。
当圆球壳沿径向均匀向外膨胀时,膨胀球壳受面内均匀的双轴拉伸载荷作用。
Becker[7]利用有限元方法对球壳均匀膨胀碎裂现象进行了初步探索性的研究。
本文采用ABAQUS[8]有限元软件建立韧性金属膨胀圆球壳的模型,采用无氧铜材料的Johnson-Cook[9]模型,采用包含内聚力失稳断裂准则和温度软化效应的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的断裂和分离过程,采用断裂能量判据来判断单元是否失效,采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit计算程序进行数值分析。
冲击动力学一、冲击动力学的基本内涵冲击动力学——研究材料或结构在短时快速变化的冲击载荷作用下产生波动（应力波传播），并使固体材料产生运动、变形和破坏的规律，涉及固体中弹塑性波的传播和相互作用的动力学分支学科”。
什么玩意，一脸懵逼有没有。
来点通俗易懂的，“骑马射箭”、“枪械射击”、“汽车碰撞”、“炸弹爆炸”这些贴近生活的情景总知道吧，这些都是典型的冲击动力学问题。
冲击动力学，其实就是研究诸如此类的瞬变、动载荷动态作用下，结构的动态响应过程。
“原来'突然怼了一下'就是冲击动力学？”“咳！咳！这是你的理解，我这么严（装）谨（X）的人才不会那么说。
”二、冲击动力学的典型特征言归正传，冲击过程和静力过程，到底有什么区别？还是上图吧，请看图1（a）~（c），图1（a）中的胖喵靠体型取胜，这是静力问题，图1（b）中的两喵比拼的是速度，快者取胜，这就是冲击问题，图1（3）中的傻喵摇头晃脑，这是疲劳问题（说不定这只喵在治疗颈椎病）。
总结一下（注意一下，划考点了）：静力学，载荷作用过程是恒定的，不随时间变化；冲击动力学，载荷作用的时间很短，高速高能量；疲劳问题，载荷持续周期作用。
我压死你（静力学问题）我拍死你（冲击问题）这么晃你不吐吗（疲劳问题）那冲击动力学到底有什么特点？对于这个问题，继续上图。
图2给出四个战场上常见的四个物件，分别是：（1）子弹、（2）沙袋、（3）刺刀、（4）钢盔。
刀剑可以轻而易举的刺穿柔软的沙袋，但是沙袋能轻易拦住速度为1000m/s的子弹；刺刀最多能在鬼子的钢盔上留下一道印痕，而子弹却能轻易击穿头盔并爆了小鬼子的头（有效射程、垂直击中）。
你可能会问”胡扯吧你，那带头盔有个卵用？”“不要暴露你的无知，头盔主要用来挡崩飞的碎石、破片的，也能把斜射子弹崩飞。
当然对我国的土掉渣的汉阳造也有很强的抵挡作用。
”很神奇有没有，和“棒子-老虎-鸡-虫子”一模一样嘛！“一物降一物”，万物相生相克，不仅在自然界适用，科学领域同样也是适用有木有？沙袋、钢盔、枪械、刺刀关系图再来说说冲击动力学的特点，直接上图，大家自己体会吧。
机械工程中的含能材料与爆炸力学研究引言：机械工程是一门应用科学，致力于通过设计、分析、制造和维护机器和机械系统，以满足人们生产、运输和生活的需求。
而在机械工程中，含能材料与爆炸力学的研究起着至关重要的作用。
含能材料是指能够释放大量化学能量的物质，广泛应用于火箭推进、武器弹药、爆破工程等领域。
了解含能材料的性质和爆炸力学的原理对机械工程师至关重要。
1. 含能材料的定义与分类含能材料是指具有高能量密度的物质，能够在适当条件下产生爆炸性反应，并释放大量热能和气体。
根据化学反应方式和性质，含能材料可分为爆炸物和推进剂两大类。
爆炸物主要用于军事领域，如炸药和炸弹；推进剂主要用于航天领域，如固体火箭推进剂和火箭弹炮推进药。
2. 含能材料的特性与性能含能材料具有独特的特性和性能，这使得它们在许多应用领域中不可或缺。
首先，含能材料应具有高能量密度，即单位质量或单位体积内所储存的能量足够大。
其次，含能材料应具有良好的燃烧性能和爆炸性能，即能够在适当条件下快速、稳定地燃烧或爆炸。
此外，含能材料还应具有一定的稳定性和可控性，以便能够在需要时被激活和控制。
3. 含能材料的制备与应用为了满足各种工程需求，含能材料需要通过精细的制备工艺来获得理想的性能。
制备含能材料的技术涵盖了化学合成、机械合成和物理合成等多种方法。
例如，通过化学反应在分子层面上构建含能材料的分子结构，或通过机械力和磁力等外界条件促使材料分子重新排列。
含能材料的应用广泛，包括军事防务、消防救援、能源开发等领域。
它们在推进系统、破甲弹和防弹衣等方面发挥着重要作用。
4. 爆炸力学的研究与分析爆炸力学是研究爆炸现象和爆炸波传播的科学，是理解爆炸威力和安全性的关键。
爆炸力学研究着眼于爆炸产生的热、气体和机械效应，以及如何预测和控制爆炸的发生和后果。
研究内容包括爆炸波的传播与反射、爆轰现象与爆炸能量释放、爆炸-结构相互作用等。
通过数值模拟和实验研究，可以更好地预测和优化爆炸装置的设计，提高安全性和效能。
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２３.０４.００４固体含能材料烤燃过程的数值仿真计算❋朱曈钰㊀彭㊀旭㊀徐㊀森㊀李㊀斌南京理工大学化学与化工学院(江苏南京ꎬ２１００９４)[摘㊀要]㊀烘箱试验有时无法获得物料在烘烤过程中的详细温度分布ꎮ基于计算流体力学仿真手段ꎬ针对某高氯酸盐与奥克托今(ＨＭＸ)两种不同固体含能材料的烘箱试验烤燃过程ꎬ开展了三维数值仿真研究ꎮ通过数值仿真ꎬ获得了烘箱试验升温过程中的热传递规律以及物料内部各区域温度的分布与变化情况ꎮ结果表明:两种样品在当前体系下发生热爆炸之前ꎬ最高温的热点位置都处于样品中轴线偏上位置ꎻ高氯酸盐的热爆炸时间为４６５５１ｓꎬＨＭＸ的热爆炸时间为１４７０３ｓꎮ仿真结果与烘箱试验结果基本一致ꎮ[关键词]㊀计算流体力学ꎻ热爆炸ꎻ仿真模拟ꎻ烘箱试验[分类号]㊀ＴＪ５５ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｏｋ￣ｏｆｆＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｏｌｉｄＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＺＨＵＴｏｎｇｙｕꎬＰＥＮＧＸｕꎬＸＵＳｅｎꎬＬＩＢｉｎＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇꎬ２１００９４) [ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｉｎｔｈｅｏｖｅｎｔｅｓｔꎬｉｔｉｓｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｄｕｒｉｎｇｂａ￣ｋｉｎｇ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｔｈｅｂａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｉｄｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓꎬａｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅａｎｄＨＭＸ.Ｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｌａｗｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｏｖｅｎｔｅｓｔａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｖａｒｉｏｕｓａｒｅａｓｉｎｓｉｄｅｔｈｅｔｗｏｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔꎬｂｅｆｏｒｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎｏｃｃｕｒｓｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｈｏｔｔｅｓｔｈｏｔｓｐｏｔｓｏｆｂｏｔｈｓａｍｐｌｅｓａｒｅｌｏｃａｔｅｄａｂｏｖｅｔｈｅａｘｉｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ.Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅｉｓ４６５５１ｓꎬｗｈｉｌｅｔｈａｔｏｆＨＭＸｉｓ１４７０３ｓ.Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｖｅｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓꎻｔｈｅｒｍａｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｏｖｅｎｔｅｓｔ引言在研究含能材料烤燃特性时ꎬ通过烘箱试验能获得有效的数据ꎬ并且判断出含能材料的响应等级ꎮ但是ꎬ由于试验危险性较大ꎬ无法直接观察到烘烤过程中发生的现象ꎮ通过数值模拟的手段ꎬ可以避免烘箱试验条件的局限性ꎬ只需设置相应的计算条件ꎬ获得的仿真结果就会与实际结果相近ꎻ同时也能获得三维空间温度分布等细节性的数据ꎬ达到缩短试验周期以及减少试验成本的作用ꎮ数值仿真技术在爆炸领域已经得到广泛的运用[１￣５]ꎮ通过集成好的算法ꎬ用户只需要更改特定的参数ꎬ就可以得到相应的模拟结果ꎬ提高问题研究的深度和广度[６]ꎮ现常用于热爆炸相关的三维仿真软件包括ＬＳ￣ＤＹＮＡ㊁Ａｕｔｏｄｙｎ㊁Ｆｌｕｅｎｔ等ꎮ赵未平等[７]用Ａｕｔｏｄｙｎ软件模拟了不同参数时破片对雷达的毁伤效果ꎻ范一清等[８]采用Ａｕｔｏｄｙｎ软件模拟了传爆序列爆炸冲击波对见证板冲击响应的影响作用ꎻ赫明等[９]利用Ｆｌｕｅｎｔ软件模拟了割嘴外部流场的喷雾燃烧过程ꎮ将烘箱试验视为非恒温系统ꎬ基于计算流体力学方法ꎬ使用Ｆｌｕｅｎｔ软件ꎬ对某高氯酸盐与奥克托今(ＨＭＸ)两种固体含能材料在烘箱试验中的烤燃过程开展数值仿真研究ꎮ为研究两种物料在烤燃过程第５２卷㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５２㊀Ｎｏ.４㊀２０２３年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｕｇ.２０２３❋收稿日期:２０２２￣０６￣０７第一作者:朱曈钰(１９９５－)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事爆炸力学的相关研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈｔｔｔｙ９９９＠１６３.ｃｏｍ通信作者:李斌(１９８４－)ꎬ男ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事多相流和云雾爆轰的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｂｉｎ＠ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ中的温度分布特性与热爆炸参数提供参考ꎮ１㊀数值仿真建模１.１㊀基本假设需要做出以下基本假设ꎬ以满足计算需求:１)忽略样品的晶型转变和黏结剂的分解[１０]ꎬ不考虑气体产物在热量传递过程中的影响ꎻ２)样品的自热反应遵循Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ定律ꎬ忽略前期低速化学反应过程中的反应物消耗ꎻ３)样品视为均质固相ꎬ相态变化不会在热爆炸之前发生ꎻ４)物料和模拟弹体(容器)内壁㊁物料和空气㊁容器外壁和空气均无接触热阻[１１]ꎻ５)样品与容器壁之间无缝隙ꎬ样品各组分不发生运动ꎬ反应区内仅存在热传导ꎻ６)反应过程中ꎬ样品的物理性质参数㊁Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程化学反应动力学参数不随温度的改变而变化ꎬ均为常数ꎮ１.２㊀数学模型采用式(１)作为烘箱试验模拟计算所采用的数学模型ꎮρＣ Ｔ ｔ＝λ ２Ｔ ｘ２＋ ２Ｔ ｙ２＋ ２Ｔ ｚ２æèçöø÷＋ρＱＺｅ－ＥａＲＴꎮ(１)式中:ｘ㊁ｙ㊁ｚ为直角空间坐标ꎻｔ为时间ꎻＴ为系统温度ꎻＣ为比热容ꎻλ为热导率ꎻρ表示样品密度ꎻＱ表示放热量ꎻＺ表示指前因子ꎻＥａ表示活化能ꎻＲ表示摩尔气体常数ꎮ其中ꎬ涉及到的化学反应源项汇编成ＵＤＦ程序后ꎬ通过Ｆｌｕｅｎｔ软件的模块功能加载到软件中进行耦合计算ꎮ１.３㊀计算条件设定计算过程中ꎬ样品按照烘箱试验的实际情况设置成圆柱域ꎬ并给定相关物理性质参数(如比热容㊁密度等)ꎮ物料外部容器设置为固体域ꎬ厚度与试验设定的一致ꎮ容器外壁为加热边界ꎬ边界条件设置为ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ(对流换热)ꎬ容器外部的空气温度设定为环境温度曲线稳定后的温度ꎬ并给定容器外壁的对流换热系数ꎮ样品与容器壁紧密接触ꎬ不存在空隙ꎮ交界面满足热流连续性以及温度连续性ꎬ热边界条件选择ｃｏｕｐｌｅｄ耦合边界ꎮ１.４㊀计算工况针对某高氯酸盐以及ＨＭＸ两种样品ꎬ设置两种工况ꎬ分别开展烤燃过程的数值仿真ꎮ工况１＃:容器１＃装载样品为高氯酸盐ꎮ容器的规格为ϕ８０ｍｍˑ１００ｍｍꎬ壁厚为５ｍｍꎬ顶部开口ꎬ材料为Ａｌ２Ｏ３ꎬ密度为３９００ｋｇ/ｍ３ꎬ热导率为８.４Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ比热容为８５７Ｊ/(ｋｇ Ｋ)ꎮ环境温度为１８７ħꎮ工况２＃:容器２＃装载样品为ＨＭＸꎮ容器规格为ϕ６０ｍｍˑ５０ｍｍꎬ壁厚为３ｍｍꎬ顶部开口ꎬ材料为Ａｌꎬ密度为２７１９ｋｇ/ｍ３ꎬ热导率为２０２.４Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ比热容为８７１Ｊ/(ｋｇ Ｋ)ꎮ环境温度为１９８ħꎮ两种样品的物理性质参数按实测情况给出ꎮ１.５㊀几何模型与网格基于不同工况下的烘箱试验ꎬ通过前处理软件分别构建１︰１全尺寸的仿真模型ꎬ确保仿真与试验的一致性ꎮ为了提高计算精度ꎬ减少网格映射误差ꎬ采用共节点法对壳体和样品划分网格ꎮ图１为不同工况下的三维烘箱计算模型ꎬ包括样品和容器两部分ꎮ㊀㊀㊀图１㊀不同工况下的几何模型Ｆｉｇ.１㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀如图１所示ꎬ计算域全局采用全六面体网格的划分方式ꎬ计算网格总数为２３万ꎮ为方便观测ꎬ容器部分采用半透明网格线方式显示ꎬ装药部分采用不同颜色实体显示ꎮ２㊀计算结果㊀㊀高氯酸盐与ＨＭＸ的烤燃试验均在密闭烘箱中进行ꎬ采用电阻丝加热ꎬ利用温度传感器控制烘箱内的温度ꎬ盛放样品的圆柱形容器通过铁丝固定于烘箱中间位置ꎮ根据试验结果绘制升温曲线ꎮ分别对两种物料的烘箱试验过程进行数值仿真ꎮ仿真计算与烤燃试验的工况一致ꎮ获得计算结果的升温曲线以及不同时刻的三维温度云图ꎬ并进７２ ２０２３年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀固体含能材料烤燃过程的数值仿真计算㊀朱曈钰ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀行讨论分析ꎮ２.１㊀高氯酸盐计算结果三维数值仿真过程中ꎬ高氯酸盐样品中心温度的数值仿真曲线与试验曲线见图２ꎮ㊀㊀㊀图２㊀高氯酸盐中心升温曲线对比Ｆｉｇ.２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｅｎｔｒａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｃｕｒｖｅｓｏｆａｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ㊀㊀从图２可以看出ꎬ在烤箱内部的加热环境中ꎬ高氯酸盐样品的内部首先经过一段较长时间加热升温过程ꎬ达到烤箱内的环境温度ꎮ在烘箱环境温度下ꎬ高氯酸盐初始反应速率较慢ꎬ内部开始热累积并升温ꎻ当升温达到一定程度时ꎬ反应速率明显加快ꎬ直至引发热爆炸ꎮ数值仿真中引发热爆炸的时间为４６５５１ｓꎬ与试验结果的误差为２.８％ꎮ不同时刻高氯酸盐样品内部的温度云图如图３所示ꎮ㊀㊀从图３可以看出:容器壁有良好的导热性ꎬ因此ꎬ初始高温区位于容器壁附近区域ꎻ高氯酸盐样品上表面直接与空气接触ꎬ因此升温也较为明显ꎮ在１７６００ｓ前ꎬ样品中心温度逐渐上升至接近环境温度ꎬ且上升趋势逐渐减缓ꎻ到达１７６００ｓ时刻ꎬ样品中心温度开始保持平稳ꎬ此时ꎬ从温度分布云图可以看出ꎬ样品内部的温度分布基本均衡ꎬ温度梯度较小ꎻ在３５２００ｓ时刻ꎬ由于反应加剧ꎬ最高温度区域转移至样品的中轴线偏上位置ꎻ而后ꎬ由于样品内部热量不能及时导出ꎬ直至４６５５１ｓ时刻ꎬ温度骤升ꎬ样品发生热爆炸ꎮ２.２㊀ＨＭＸ计算结果㊀㊀三维数值仿真过程中ꎬＨＭＸ样品中心温度的数值仿真曲线与试验曲线见图４ꎮ㊀㊀㊀图４㊀ＨＭＸ中心升温曲线对比Ｆｉｇ.４㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｅｎｔｒａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｃｕｒｖｅｓｏｆＨＭＸ㊀㊀从图４的升温曲线可以看出ꎬ在烤箱内部的加热环境中ꎬＨＭＸ中心温度不断上升ꎬ在６５００ｓ之前ꎬ样品升温较快ꎻ后面一段时间相对平缓ꎻ当物料内部热累积达到一定程度后ꎬ直接引发热爆炸ꎮ数值仿真中引发热爆炸的时间为１４７０３ｓꎬ与试验结果的误差为６.１％ꎮ不同时刻ＨＭＸ样品中心的温度云图见图５ꎮ㊀㊀从图５可以看出ꎬ烤箱内高温空气通过容器的金属壁面以及样品上表面向样品内部传热ꎮ在６５００ｓ时刻以前ꎬ样品的高温区处于贴近金属容器的外层区域ꎮ而后ꎬ由于化学反应加剧ꎬ在９７５０ｓ时刻ꎬ高温区开始转移至药柱的中心位置ꎮ此时ꎬ传热方式由之前的外部空气向样品传热改变为样品向外部空气传热ꎮ由于样品上方没有金属壳体覆盖ꎬ因此ꎬ内部最高温度区域处于中轴线偏上方位置ꎮ随着样品温度的不断升高ꎬ反应逐渐加剧ꎬ在１４７０３ｓ时刻ꎬ样品温度骤然升高ꎬ发生热爆炸ꎮ３㊀结论㊀㊀１)高氯酸盐和ＨＭＸ两种样品的仿真与试验结果基本一致ꎬ烤燃过程引发热爆炸的时间误差均在㊀图３㊀不同时刻高氯酸盐的温度云图Ｆｉｇ.３㊀Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆｔｈｅｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ８２ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷第４期㊀图５㊀不同时刻ＨＭＸ的温度云图Ｆｉｇ.５㊀ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆＨＭＸａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ７％以内ꎬ说明建立的仿真模型较为准确ꎮ通过三维仿真计算ꎬ可以清晰地了解不同阶段固体含能材料体系内详细的温度分布情况ꎮ２)在环境温度１８７ħ下ꎬ高氯酸盐样品发生热爆炸的时间较长ꎬ约４６５５１ｓꎻ环境温度１９８ħ下ꎬＨＭＸ样品发生热爆炸的时间较短ꎬ约１４７０３ｓꎮ３)两种样品盛装在顶部开口的圆柱形容器中进行烘箱加热时ꎬ在引发热爆炸之前ꎬ体系最高温的热点位置均产生于样品的中轴线偏上位置ꎮ参考文献[１]㊀ＫＡＴＳＵＫＩＭꎬＣＨＵＮＧＪＤꎬＫＩＭＪＷꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐ￣ｍｅｎｔｏｆｒａｐｉｄｍｉｘｉｎｇｆｕｅｌｎｏｚｚｌｅｆｏｒｐｒｅｍｉｘｅｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００９ꎬ２３(３):６１４￣６２３.[２]㊀ＭＡＨＭＵＤＴꎬＳＡＮＧＨＡＳＫ.Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆａｔｕｒｂｕｌｅｎｔｎｏｎ￣ｐｒｅｍｉｘｅｄｎａｔｕｒａｌｇａｓｆｌａｍｅｉｎａｓｅｍｉ￣ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｃａｌｅｆｕｒｎａｃｅｕｓｉｎｇａｒａｄｉａｔｉｖｅｆｌａｍｅｌｅｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＦｌｏｗꎬＴｕｒｂｕｌｅｎｃｅａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎬ２０１０ꎬ８４(１):１￣２３. [３]㊀ＫＬＩＰＦＥＬＡꎬＦＯＵＮＴＩＭꎬＺＡＥＨＲＩＮＧＥＲＫꎬｅｔａｌ.Ｎｕ￣ｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｒ￣ｂｕｌｅｎｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｌｉｔｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎａｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｅｒｌｉｔｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｆｕｒｎａｃｅ[Ｊ].ＦｌｏｗꎬＴｕｒｂｕ￣ｌｅｎｃｅａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎬ１９９８ꎬ６０(３):２８３￣３００. [４]㊀ＺＨＵＫＯＶＶＰ.Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｍｅｔｈａｎｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｎａｒｏｃｋｅｔｎｏｚｚｌｅｆｌｏｗ[Ｊ].ＡｃｔａＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａꎬ２０１９ꎬ１６１:５２４￣５３０.[５]㊀ＫＯＷＡＬＳＫＩＭꎬＪＡＮＫＯＷＳＫＩＡ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｏｆＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴｃｏｄｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫＯＮＥＳꎬ２０１８ꎬ２５(４):１７５￣１８６. [６]㊀李勇ꎬ刘志友ꎬ安亦然.介绍计算流体力学通用软件:Ｆｌｕｅｎｔ[Ｊ].水动力学研究与进展ꎬ２００１ꎬ１６(２):２５４￣２５８.ＬＩＹꎬＬＩＵＺＹꎬＡＮＹＲ.ＡｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＦｌｕｅｎｔ:ａｇｅｎｅｒａｌｐｕｒｐｏｓｅＣＦＤｃｏｄｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｄｙ￣ｎａｍｉｃｓꎬ２００１ꎬ１６(２):２５４￣２５８.[７]㊀赵未平ꎬ王亮ꎬ游培寒ꎬ等.基于Ａｕｔｏｄｙｎ评估破片战斗部对雷达目标的毁伤效应[Ｊ].弹箭与制导学报ꎬ２０１９ꎬ３９(５):５５￣５８ꎬ６２.ＺＨＡＯＷＰꎬＷＡＮＧＬꎬＹＯＵＰＨꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｔｒｏｙｅｖａ￣ｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒａｇｍｅｎｔｗａｒｈｅａｄｔｏｒａｄａｒｔａｒｇｅｔｂｙＡｕｔｏｄｙｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓꎬＲｏｃｋｅｔｓꎬＭｉｓｓｉｌｅｓａｎｄＧｕｉ￣ｄａｎｃｅꎬ２０１９ꎬ３９(５):５５￣５８ꎬ６２.[８]㊀范一清ꎬ王炅ꎬ谢全民ꎬ等.聚能装药对引信的冲击试验与仿真研究[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０２０ꎬ３９(２２):２６１￣２６７.ＦＡＮＹＱꎬＷＡＮＧＪꎬＸＩＥＱＭꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｈａｐｅｄｃｈａｒｇｅｊｅｔｉｍ￣ｐａｃｔｏｆａｆｕｚｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋꎬ２０２０ꎬ３９(２２):２６１￣２６７.[９]㊀郝明ꎬ王兴国ꎬ李腾.基于ＦＬＵＥＮＴ的割嘴外部流场火焰燃烧的数值模拟[Ｊ].电焊机ꎬ２０２２ꎬ５２(１):１０９￣１１４.ＨＡＯＭꎬＷＡＮＧＸＧꎬＬＩＴ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｌａｍｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｔｃｕｔｔｉｎｇｎｏｚｚｌｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｂａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＷｅｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅꎬ２０２２ꎬ５２(１):１０９￣１４４.[１０]㊀胡荣祖ꎬ史启桢.热分析动力学[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００８:１￣１８.ＨＵＲＺꎬＳＨＩＱＺ.Ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｋｉｎｅｔｉｃｓ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓꎬ２００８:１￣１８.[１１]㊀王茂.ＨＭＸ基温压炸药慢速烤燃响应特性研究[Ｄ].南京:南京理工大学ꎬ２０２０.ＷＡＮＧＭ.Ｓｔｕｄｙｏｎｓｌｏｗｃｏｏｋ￣ｏｆｆｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ￣ｔｉｃｓｏｆＨＭＸ￣ｂａｓｅｄｔｈｅｒｍｏｂａｒｉｃｅｘｐｌｏｓｉｖｅ[Ｄ].Ｎａｎ￣ｊｉｎｇ:ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０.９２２０２３年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀固体含能材料烤燃过程的数值仿真计算㊀朱曈钰ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
