钝感炸药低压冲击起爆数值模拟研究

本项目拟通过数值模拟手段研究钝感炸药低压冲击起爆到稳定传播的非理想爆轰过程，探索一种确定性描述钝感炸药爆轰增长过程的理论和数值模拟方法。在研究中将采用下列几项方案对爆轰建模进行完善：（1）对经典点火-增长唯象化学反应率模型进行改进，完善Lee-Tarver三项式化学反应率模型中与碳簇形成相关的慢反应项，使得改进的反应率模型更适用于描述钝感炸药爆轰的缓慢放能过程；（2）给出一种经验型爆轰产物物态方程，使该物态方程表征爆轰产物等熵膨胀状态的特征物理量更接近物理解；（3）将改进的化学反应率模型和新爆轰产物物态方程耦合到二维流体力学计算程序，对钝感炸药低压冲击起爆过程进行数值模拟。通过该项研究确定钝感炸药起爆后形成稳定传播爆轰波的时间和空间位置，提高对钝感炸药低压冲击起爆后爆轰增长段非理想爆轰物理过程的认识，为工程应用等提供理论依据。

依照本项目的研究方案，以JB-9014为研究对象，完成适用于高能钝感炸药的改进型唯象化学反应率模型研究及参数标定工作。具体地以Ignition-Growth三项式形式化学反应率模型为基础，探讨了I-G三项式在钝感炸药定常爆轰过程理论计算中的不适应性，参考Wescott及Davis的研究思路，在拉格朗日总体计算程序中完成改进反应率模型的耦合及模块考核工作。改进型唯象化学反应率模型描述的JB-9014炸药反应区宽度及反应区内压力、密度变化与实验结果较好吻合，且反应率函数光滑过度，能够较为合理地描述钝感炸药爆轰反应区内的物理过程。此外，结合爆轰产物等熵线随密度降低单调递减、相对合理的改进产物状态方程及参数，完成JB-9014高能钝感炸药一维爆轰过程高精度数值模拟，理论计算描述的爆速、爆压、未反应炸药中的Von Neumann压力峰均与实验结果基本吻合。同时，将这种模拟方法和相关参数推广到二维爆轰过程的计算应用中，考虑束缚边界效应及绕爆效应，考察了计算网格的适应性，当前计算结果表明，爆轰波剖面与实验测量结果较好符合，波阵面曲率与实验结果基本一致，主要爆速、爆压等特征物理量与理论粗估结果接近，提高了二维复杂构型内爆轰数值模拟的置信度。相关研究结果已在实际工程问题中得到应用，基本实现爆轰过程精密研究的目标，相关工作形成多篇所内研究归档报告，研究成果和结论被国际、国内同行认可，参加国际会议3次，发表会议论文3篇、期刊论文2篇。