气-液-固三相体系云雾爆轰特性实验研究

摘要

多相爆轰研究的是不同相态物质组成的混合物的点火与起爆、爆轰形成与传播以及爆轰波结构等问题，是当前爆轰学领域研究的热点和难点之一。本文借助立式爆轰管及信号测试系统，研究了由液体燃料和炸药粉尘(RDX)悬浮在空气中组成的气-液-固三相混合物的爆轰特性。主要工作和结论如下:
　　 (1)利用升降法测定环氧丙烷(PO)、硝酸异丙酯(IPN)、石油醚、混合溶剂（IPN和石油醚按照质量比1:4配制）四种液体燃料云雾爆轰的临界起爆能以及液体燃料和RDX颗粒组成的气-液-固三相云雾爆轰的临界起爆能。实验结采表明燃料云雾爆轰的临界起爆能的变化随着燃料-空气当量比改变近似成“U”形曲线，临界起爆能的最小值对应的当量比浓度大于1;不同液体燃料云雾爆轰的临界起爆能的大小次序是PO＜IPN＜混合溶剂＜石油醚。在燃料-空气当量比一定的条件下，由于RDX发生反应，三相混合物爆轰的临界起爆能较之两相气云爆轰有明显的下降，表明燃料-RDX-空气三相混合物在外界能量作用下化学反应活性很高，相对燃料-空气两相混合物更易于达到爆轰。
　　 (2)在相同的实验条件下，燃料-空气两相云雾爆轰传播速度在1500～1600m/s，爆压2.0～2.5MPa;而当RDX浓度达到257g/m3时，燃料-RDX-空气三相云雾爆轰传播速度在1700～1800m/s，爆压5.5～6.0MPa。表明炸药RDX在激波作用下受热分解反应和燃料与氧气的氧化还原反应可以相互藕合组成化学反应区，进而维持一个更高压力和更快传播速度的波阵面。实验进一步研究了RDX浓度对燃料-RDX-空气三相混合物爆轰状态的影响，发现当RDX浓度较低时，增加RDX浓度，爆轰超压和爆速增长明显;当RDX浓度达到一定值后，继续增加RDX浓度，爆压和爆速增长变缓。
　　 (3)利用烟迹技术，获得了常温常压下气-液-固三相混合物的胞格图像。等当量比条件下，三相混合物的胞格尺寸小于两相混合物，进一步证实了存在RDX时，系统的爆轰敏感度增加。三相混合物的胞格结构长宽比相对于两相混合物更小，说明三相爆轰机制相比两相云雾爆轰更加偏离气相爆轰机制。RDX浓度较大时，由于爆轰波阵面的驱动能量也变大，形成很多微爆轰，出现次胞格结构。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气-液两相云雾燃爆研究

1．2．2 气-固两相悬浮流燃爆研究

1．2．3 气-液-固三相云雾燃爆研究

1．3 本文研究内容

2 实验系统与实验方法

2．1 引言

2．2 实验系统

2．2．1 爆轰管

2．2．2 喷雾／喷粉系统

2．2．3 点火及同步控制系统

2．2．4 压力测试系统

2．3 实验系统考核

2．4 本章小结

3 气-液-固三相云雾爆轰临界起爆能的测定

3．1 引言

3．2 实验条件

3．2 起爆能量的计算

3．3 临界起爆能的测定方法

3．4 实验步骤

3．5 实验结果与分析

3．5．1 实验结果

3．5．2 结果分析

3．6 本章小结

4 气-液-固三相云雾爆轰压力和爆轰速度测定

4．1 引言

4．2 实验内容

4．3 两相和三相混合物燃爆过程超压和爆速的对比

4．3．1 PO-空气爆燃和PO-RDX-空气爆轰的超压和爆速对比

4．3．2 石油醚-空气爆轰和石油醚-RDX-空气爆轰的超压和爆速对比

4．4 RDX浓度对三相混合物爆轰超压和爆速的影响

4．5 本章小结

5 气-液-固三相云雾爆轰胞格结构尺寸的研究

5．1 引言

5．2 螺旋爆轰现象与胞格结构

5．3 实验内容

5．3 实验装置与实验步骤

5．4 实验结果分析与讨论

5．4．1 胞格尺寸与长宽比

5．4．2 胞格精细结构

5．5 本章小结

6 结论和展望

6．1 主要结论

6．2 工作展望

致谢

参考文献