含悬浮纳米铝粉的气相含能材料的爆轰机理研究

以含悬浮纳米铝粉的气相含能材料爆轰时铝粉在爆轰波阵面内的反应程度以及纳米铝粉对气相含能材料爆轰特性的影响为主要关注点，用实验和数值计算相结合的方法，探索含纳米铝粉的气相含能材料爆轰的微观机理。以纳米铝粉、气相含能材料(氢和碳氢燃料)和氧气的混合物为反应介质，在爆轰管中实现含悬浮纳米铝粉气相含能材料的稳定爆轰。通过测量爆轰压力随时间的变化规律，并结合化学反应流体动力学计算，研究含不同粒径纳米铝粉的气相含能材料的爆轰特性，分析纳米铝粉在爆轰波阵面内的反应程度以及纳米铝粉在声速面前反应放热和在声速面后反应放热对爆轰参数的影响，确定含纳米铝粉的气相含能材料爆轰的微观机理。以求在纳米铝粉粒径对气相含能材料爆轰特性的影响，含纳米铝粉的气相含能材料爆轰的微观机理等方面获得新的认识，为认识含纳米铝粉的固体含能材料的爆轰机理提供参考，为纳米铝粉在军事和工业上的应用提供理论支持。

本项目将自制的纳米粉尘抛撒装置应用于水平爆轰管中，对含纳米铝粉的气相含能材料的爆轰特性进行了实验研究。研究发现，纳米铝粉可以减缓纯氧气中爆轰波的衰减速度，但对气相含能材料的爆轰波速影响不大。发展了一种混合WENO格式，并成功应用到爆轰波的模拟中；考察了混合燃烧模型在两相爆轰模拟中的特点，发现考虑Al2O3的分解与否，对两相爆轰波的爆压和爆温有较大影响。发展了一种双颗粒模型，结合MUSTA通量构造格式，可用于解决反应物和生成物中均含固体颗粒的爆轰问题。将纳米铝粉当成气相介质处理，详细考察了纳米铝粉含量对气相含能介质爆轰特性的影响。研究发现在贫氧状态下，纳米铝粉含量增加会导致爆轰波速降低;在富氧状态下，纳米铝粉含量对气相含能材料的爆轰波速影响不大。而无论是在贫氧还是富氧状态下，纳米铝粉含量增加均会使得爆轰温度增加。