论文部分内容阅读
武器弹药的热安全性是国防科学技术领域的一个重要研究内容。本文旨在通过运用理论分析及数值模拟相结合的方法,研究含能材料在高温环境下的热响应,即含能材料的烤燃(Cook-off)现象。在此基础上建立含能材料热安全性评估的数值分析方法,达到预测武器弹药在生产、使用、运输及贮存等复杂环境下的热安全性的目的。 本文的主要研究工作介绍如下: 1) 对国内外相关研究进行了详细综述。含能材料现象是武器弹药在生产、贮存和使用过程中常见的热安全问题。含能材料Cook-off实验是武器弹药热安全性评估中一种基本的手段。从理论上说,涉及热爆炸和热点火理论。目前,采用数值分析方法研究含能材料是该领域的一个研究热点。 2) 本文建立了含能材料烤燃现象的二维数值计算模型和计算方法。计算模型基于Frank-Kamenetskii模型、一级反应模型及McGuire-Tarver反应模型,同时考虑了研究区域的热传导、化学反应放热和环境温度条件,使模型更接近含能材料的真实情况。计算方法采用有限元法,程序具有一定的通用性。本文借用文献中的高温热点火实验结果对建立的模型进行了验证。验证表明,本文的计算结果与实验结果有较好的一致性,说明了计算模型和计算方法的正确性。 3) 本文采用所建立的计算模型和数值方法,对RDX炸药的烤燃实验进行了数值模拟。通过模拟结果,分析研究了含能材料烤燃过程中的温度变化情况和热点火时间。通过模拟得到了炸药部件在不同环境温度下的点火位置。并对炸药尺寸、环境温度及加热速率对炸药烤燃特性的影响进行分析讨论。达到了在前人实验基础上对炸药部件热安全性进行深入研究的目的。另一方面也验证了本文使用含能材料热安全性评估数值方法的正确性。 本文的研究表明,采用二维数值模拟研究含能材料部件的热安全性可以更直观地得到研究对象在烤燃过程中的反应特性,如点火时间、点火温度及点火位置。另外,模拟得到的温度和时间是有量纲的,避免了计算中量纲转换带来的不便,可以更有效的指导含能材料的安全生产和贮存。