固體含能材料烤燃過程的數值仿真計算

朱瞳鈺 彭旭 徐森 李斌

[摘要]烘箱試驗有時無法獲得物料在烘烤過程中的詳細溫度分布。基于計算流體力學仿真手段，針對某高氯酸鹽與奧克托今（HMX）兩種不同固體含能材料的烘箱試驗烤燃過程，開展了三維數值仿真研究。通過數值仿真，獲得了烘箱試驗升溫過程中的熱傳遞規律以及物料內部各區域溫度的分布與變化情況。結果表明：兩種樣品在當前體系下發生熱爆炸之前，最高溫的熱點位置都處于樣品中軸線偏上位置；高氯酸鹽的熱爆炸時間為46 551 s，HMX的熱爆炸時間為14 703 s。仿真結果與烘箱試驗結果基本一致。

[關鍵詞]計算流體力學；熱爆炸；仿真模擬；烘箱試驗

[分類號]TJ55

引言

在研究含能材料烤燃特性時，通過烘箱試驗能獲得有效的數據，并且判斷出含能材料的響應等級。但是，由于試驗危險性較大，無法直接觀察到烘烤過程中發生的現象，通過數值模擬的手段，可以避免烘箱試驗條件的局限性，只需設置相應的計算條件，獲得的仿真結果就會與實際結果相近。同時也能獲得三維空間溫度分布等細節性的數據，達到縮短試驗周期以及減少試驗成本的作用，數值仿真技術在爆炸領域已經得到廣泛的運用[１￣５]。通過集成好的算法，用戶只需要更改特定的參數，就可以得到相應的模擬結果，提高問題研究的深度和廣度[６] ，現常用于熱爆炸相關的三維仿真軟件包括ＬＳ￣ＤＹＮＡ、Ａｕｔｏｄｙｎ、Ｆｌｕｅｎｔ 等，趙未平等[７] 用Ａｕｔｏｄｙｎ 軟件模擬了不同參數時破片對雷達的毀傷效果，范一清等[８] 采用Ａｕｔｏｄｙｎ 軟件模擬了傳爆序列爆炸沖擊波對見證板沖擊響應的影響作用。赫明等[９] 利用Ｆｌｕｅｎｔ 軟件模擬了割嘴外部流場的噴霧燃燒過程，將烘箱試驗視為非恒溫系統，基于計算流體力學方法，使用Ｆｌｕｅｎｔ 軟件，對某高氯酸鹽與奧克托今（ＨＭＸ）兩種固體含能材料在烘箱試驗中的烤燃過程開展數值仿真研究，為研究兩種物料在烤燃過程