固體含能材料烤燃過程的數(shù)值仿真計(jì)算

朱瞳鈺 彭旭 徐森 李斌

[摘要]烘箱試驗(yàn)有時(shí)無法獲得物料在烘烤過程中的詳細(xì)溫度分布?；谟?jì)算流體力學(xué)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(yàn)烤燃過程，開展了三維數(shù)值仿真研究。通過數(shù)值仿真，獲得了烘箱試驗(yàn)升溫過程中的熱傳遞規(guī)律以及物料內(nèi)部各區(qū)域溫度的分布與變化情況。結(jié)果表明：兩種樣品在當(dāng)前體系下發(fā)生熱爆炸之前，最高溫的熱點(diǎn)位置都處于樣品中軸線偏上位置；高氯酸鹽的熱爆炸時(shí)間為46 551 s，HMX的熱爆炸時(shí)間為14 703 s。仿真結(jié)果與烘箱試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算流體力學(xué)；熱爆炸；仿真模擬；烘箱試驗(yàn)

[分類號]TJ55

引言

在研究含能材料烤燃特性時(shí)，通過烘箱試驗(yàn)?zāi)塬@得有效的數(shù)據(jù)，并且判斷出含能材料的響應(yīng)等級。但是，由于試驗(yàn)危險(xiǎn)性較大，無法直接觀察到烘烤過程中發(fā)生的現(xiàn)象，通過數(shù)值模擬的手段，可以避免烘箱試驗(yàn)條件的局限性，只需設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算條件，獲得的仿真結(jié)果就會與實(shí)際結(jié)果相近。同時(shí)也能獲得三維空間溫度分布等細(xì)節(jié)性的數(shù)據(jù)，達(dá)到縮短試驗(yàn)周期以及減少試驗(yàn)成本的作用，數(shù)值仿真技術(shù)在爆炸領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的運(yùn)用[１￣５]。通過集成好的算法，用戶只需要更改特定的參數(shù)，就可以得到相應(yīng)的模擬結(jié)果，提高問題研究的深度和廣度[６] ，現(xiàn)常用于熱爆炸相關(guān)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(shù)時(shí)破片對雷達(dá)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(yīng)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(yàn)視為非恒溫系統(tǒng)，基于計(jì)算流體力學(xué)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(yàn)中的烤燃過程開展數(shù)值仿真研究，為研究兩種物料在烤燃過程