高静水压气泡内铝粒子爆轰波后燃烧机理研究

基本信息
批准号:11772058
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:聂建新
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王秋实,刘荣强,杨琳,哈海荣,张海军
关键词:
强爆轰对流气泡高静水压铝粒子燃烧机理
结项摘要

Aluminum particles combustion mechanism in high water pressure during the process of explosive energy release is very important to the areas such as high energy explosives design for Deepwater weapon and deep sea oil and gas resources explosion exploration. This project aims at aluminum particles combustion mechanism and the explosion energy output in high water pressure, (1) on the basis of the analysis of alumina shell burst mechanism after the detonation wave, aluminum particles combustion theory model after the detonation wave is set up, and the mathematical expression of aluminum particle combustion rate is derived. (2) The simulation method considering the bubble pulsation and aluminum particle combustion coupling problem is put forward. Aluminum particles combustion characteristic in different environment is analyzed, which leads to the influence of bubble movement to aluminum particle combustion temperature, pressure and particle size. (3) Design pressurized water tank experiment is designed. Combined with the theoretical model and numerical simulation, the constitutive relations of Aluminized explosive energy output structure in high water pressure is obtained. Aluminum particles combustion mechanism after the detonation in high water pressure bubble is expected. This project results can provide theoretical basis for high energy explosives design of deep water weapon, and also has broad application prospects for explosion exploration in the deep mining and other fields; At the same time, it plays a positive role in promoting the development of Combustion science and detonation physics,etc.

铝粒子在高静水压力下炸药释能过程中的燃烧机理对于深水武器用高能炸药设计和深海油气资源爆炸勘探开发等领域非常重要。本项目针对高静水压条件下含铝炸药中铝粒子燃烧机理与爆炸能量输出的问题,(一)在深入分析铝粒子爆轰波后氧化铝壳破裂机制的基础上,建立铝粒子爆轰波后燃烧理论模型,推导铝粒子燃烧速率的数学表达式;(二)提出同时考虑气泡脉动和铝粒子燃烧耦合作用的数值模拟方法,分析环境因素作用下铝粒子的燃烧特性,获得气泡运动过程对铝粒子燃烧体系温度、压强和粒径变化的影响规律;(三)设计加压水箱实验,结合理论模型和数值模拟方法,获得高静水压条件下含铝炸药能量输出结构规律。预期可以阐明高静水压气泡内铝粒子爆轰波后燃烧机理。本项目成果可为深水武器用高能炸药设计提供理论依据,在深水勘探和爆炸开采等领域也具有广阔的应用前景;同时,对于促进燃烧学、爆轰物理等学科相关理论的发展也具有积极推动作用。

项目摘要

铝粒子在高静水压力下炸药释能过程中的燃烧机理对于深水武器用高能炸药设计和深海油气资源爆炸勘探开发等领域非常重要。本项目针对高静水压条件下含铝炸药中铝粒子燃烧机理与爆炸能量输出的问题,开展了铝粒子爆轰波后燃烧模型的建立与实验验证、高静水压气泡运动过程中铝粒子燃烧规律研究以及高静水压对爆炸能量输出结构影响规律的实验研究。.首先,在铝粒子典型“核-壳”结构表征分析的基础上,获得了铝粒子晶变相变、热应力、爆轰波作用三种因素对核-壳解构响应行为的影响规律,揭示了爆炸冲击波作用下铝粒子的核-壳解构机制,建立了冲击压缩破壳—高温气化燃烧—吹扫扩散反应模型,获得了铝粉气化燃烧方程,理论计算了不同爆轰环境中铝粉燃烧规律。其次,设计并开展了深水爆炸气泡脉动特性试验研究,首次观测到CL-20基炸药深水爆炸气泡脉动完整过程以及气泡内铝粉燃烧状态,获得了铝粉粒径、燃烧温度、扩散系数对深水爆炸气泡内铝粉燃烧特性的影响规律,建立了基于铝粉燃烧特性的气泡动力学模型及求解方法,气泡半径与周期计算结果与实验结果误差分别为1%和6%。最后,设计并开展了含铝炸药深水爆炸实验,获得了不同铝氧比含铝炸药高静水压下爆炸能量输出结构特性,提出了深水爆炸能量输出结构调控方法,最终揭示了高静水压气泡内铝粒子爆轰波后燃烧及供能机理。.该研究解决了深水爆炸高静水压气泡内铝粒子爆轰波后燃烧机理问题,为深水武器用高能炸药设计提供了理论依据,在深水勘探和爆炸开采等领域也具有广阔的应用前景;同时,对于促进燃烧学、爆轰物理等学科相关理论的发展也具有积极推动作用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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