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金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

北京理工大学学报 2024年第4期44卷 336-347页

作者：伍俊英殷宇郑富德尚伊平姚雨乐鲁建英陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考... 详细信息

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.

关键词：电爆炸等离子体阵列桥箔飞片数值模拟

飞秒激光作用TATB的大尺寸分子动力学模拟

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兵工学报 2024年第7期45卷 2351-2363页

作者：伍俊英李钧剑尚伊平杨利军陈朗北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征,是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法,基于ReaxFF/lg反应力场,对不同飞秒激光能量作用于三氨基三硝基苯(TATB)炸药的过程进行亚微米级大尺寸反应分子... 详细信息

深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征,是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法,基于ReaxFF/lg反应力场,对不同飞秒激光能量作用于三氨基三硝基苯(TATB)炸药的过程进行亚微米级大尺寸反应分子动力学模拟,考虑炸药对飞秒激光的非线性吸收过程,分析炸药烧蚀去除机制、产物演化和热力响应规律。计算结果表明:不同强度的飞秒激光对TATB的烧蚀去除机制不同,当激光强度为6.79×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生等离子体烧蚀,产物以小分子或等离子体为主;当激光强度为3.39×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生不完全反应,产物以大分子或团簇为主;当激光强度为1.69×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生光机械烧蚀,以完整分子形式被剥离去除;激光强度越高,烧蚀产物的温度和粒子速度越高,对烧蚀区周围的热力响应越严重,有引发点火的风险。

关键词：三氨基三硝基苯飞秒激光分子动力学计算 ReaxFF/lg反应力场

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飞秒激光作用下RDX/HTPB混合炸药界面反应的分子动力学模拟

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北京理工大学学报 2023年第4期43卷 329-340页

作者：伍俊英吴姣姣李钧剑尚伊平方汇璇陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究混合炸药在飞秒激光作用下界面上的反应特征,构建了RDX/HTPB混合炸药体系的计算模型,基于ReaxFF-lg反应力场,对其在飞秒激光作用下的响应过程进行了反应分子动力学模拟,分析了计算体系的温度、密度变化以及界面上的化学反应特征.... 详细信息

为研究混合炸药在飞秒激光作用下界面上的反应特征,构建了RDX/HTPB混合炸药体系的计算模型,基于ReaxFF-lg反应力场,对其在飞秒激光作用下的响应过程进行了反应分子动力学模拟,分析了计算体系的温度、密度变化以及界面上的化学反应特征.结果表明:从HTPB和RDX两端加载激光能量时,RDX/HTPB体系界面上没有明显的温度突变,温度呈现平稳过渡的变化趋势.激光能量越高,HTPB和RDX反应越剧烈,在界面上HTPB分解产生的H或C原子与RDX分解的小分子产物发生化学反应,生成了CO、C_(3)O、C_(2)O_(2)、C_(2)HO、NH_(2)、NH_(3)等中间产物和H_(2)O、CO_(2)、H_(2)等终态产物;激光能量较低时,RDX和HTPB各自反应不充分,RDX区域仍有大量未分解的环状分子存在,HTPB区域主要是长碳链形式的大分子,两者界面区域分解产物间发生的反应较少.

关键词： RDX/HTPB混合炸药飞秒激光分子动力学计算 ReaxFF-lg力场

飞秒激光作用TATB的大尺寸分子动力学模拟

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兵工学报 2023年

作者：伍俊英李钧剑尚伊平杨利军陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法，基于ReaxFF/lg反应力场，对不同飞秒激光能量作用三氨基三硝基苯(TATB)炸药过程进行了亚微米级的大尺寸反应分... 详细信息

深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法，基于ReaxFF/lg反应力场，对不同飞秒激光能量作用三氨基三硝基苯(TATB)炸药过程进行了亚微米级的大尺寸反应分子动力学模拟，考虑了炸药对飞秒激光的非线性吸收过程，分析了炸药烧蚀去除机制、产物演化和热力响应规律。计算结果表明，不同强度的飞秒激光对TATB的烧蚀去除机制不同，当激光强度为6.79×1017W/m2时，TATB发生等离子体烧蚀，产物以小分子或等离子体为主；当激光强度为3.39×1017W/m2时，TATB发生不完全反应，产物以大分子或团簇为主；当激光强度为1.69×1017W/m2时，TATB发生光机械烧蚀，以完整分子形式被剥离去除。激光强度越高，烧蚀产物的温度和粒子速度越高，对烧蚀区周围的热力响应越严重，有引发点火的风险。

关键词：三氨基三硝基苯飞秒激光分子动力学计算 ReaxFF/lg反应力场

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B/KNO点火药装药的烤燃特性研究

兵工学报 2023年

作者：伍俊英尚伊平郑富德杜皓杰姚雨乐李钧剑陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

为了研究B/KNO3点火药的热安全性，建立了多点测温烤燃实验装置，对不同升温速率、不同装药密度条件下的B/KNO3点火药装药进行了多点测温烤燃实验，获得了点火药装药发生点火的准确时间与烤燃过程中不同监测点的温度历程。建立了B/KNO3... 详细信息

为了研究B/KNO3点火药的热安全性，建立了多点测温烤燃实验装置，对不同升温速率、不同装药密度条件下的B/KNO3点火药装药进行了多点测温烤燃实验，获得了点火药装药发生点火的准确时间与烤燃过程中不同监测点的温度历程。建立了B/KNO3点火药装药烤燃实验的数值计算模型并进行了数值模拟，计算中考虑了点火药的自热分解反应与相变吸热。通过与实验结果的对比，标定了B/KNO3点火药装药的热物性参数和反应动力学参数。研究结果表明，B/KNO3点火药的指前因子为7.763×1013s-1，活化能为2.0787×105J/mol；在点火药装药的烤燃过程中，随着升温速率的减小，点火延期时间逐渐增加，点火区域逐渐向中心移动，点火环境温度逐渐降低；在装药密度变化不太大的情况下，点火药的点火特征差别不大。

关键词： B/KNO 烤燃实验热安全性点火特性

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微纳米TKX-50的制备及其性能研究

微纳米TKX-50的制备及其性能研究

作者：尚伊平中北大学

学位级别：硕士

1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺（TKX-50）是一种新型高储能、高爆速、低感度和低毒性含能离子盐,在固体推进剂、武器系统以及民用爆破等领域中都具有极佳的应用前景。本文采用流体喷雾冷冻技术（Spray-Freezing into Liquid,SFL法）... 详细信息

1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺（TKX-50）是一种新型高储能、高爆速、低感度和低毒性含能离子盐,在固体推进剂、武器系统以及民用爆破等领域中都具有极佳的应用前景。本文采用流体喷雾冷冻技术（Spray-Freezing into Liquid,SFL法）和冷冻干燥法（Freeze-Drying method,FD法）法对TKX-50进行处理,并对产物进行分析。使用扫描电镜（SEM）表征形貌、X射线衍射仪（XRD）分析晶型和结构、使用差热量热仪（DSC）研究热分解过程并使用热动力学分析软件AKTS（Advanced Kinetics and Technology Solutions）采用Kissinger法、Ozawa法和Friedman法计算热分解过程的表观活化能、相关系数和指前因子等参数。结果如下:首先,采用SFL法进行TKX-50的三维结构构筑并探索了溶液浓度、溶剂种类、喷射压力、喷头孔径对所制备的三维网状微纳米TKX-50的影响,主要结果如下:（1）不同浓度下,采用SFL法所制样品都呈蓬松的三维网状结构,溶液浓度对所制样品结构无明显影响;溶液浓度分别为0.1mg/mL、0.3mg/mL和0.5mg/mL时,其热分解峰温分别为232.979℃、232.034℃和228.907℃,Kissinger法所算表观活化能分别为112.819kJ/mol、163.271kJ/mol和123.068kJ/mol,随溶液浓度的增加,样品热分解峰温随之降低,其表观活化能随之先增加后降低。（2）以甲酸为溶剂时所制样品的结晶度比以去离子水为溶剂时所制样品的结晶度好,热分解峰温为204.358℃,Kissinger法所算表观活化能为129.153kJ/mol,较以去离子水为溶剂时所制样品,其热分解峰温降低了27.676℃,表观活化能降低了34.118kJ/mol。（3）喷射压力分别为0.2MPa、0.4MPa和0.6MPa时,所制样品呈蓬松的三维网状结构,其晶体结构无明显差别;热分解峰温分别为230.634℃、232.034℃和230.419℃,Kissinger法所算表观活化能分别为153.487kJ/mol、163.271kJ/mol和134.498kJ/mol,随着喷射压力的增加,其热分解峰温和表观活化能随之先增加后减少。（4）喷头孔径分别为0.2mm、0.5mm、1.0mm和1.8mm时,SFL法所制样品晶型结构无明显差别;热分解峰温分别为233.245℃、232.034℃、233.177℃和234.187℃,Kissinger法所算表观活化能分别为125.406kJ/mol、163.271kJ/mol、149.839kJ/mol和128.960kJ/mol,随着喷头孔径的增加,样品的热分解峰温随之先减少后增加、表观活化能先增加后减少。其次,采用FD法作为对比,研究了溶液浓度、溶剂种类和降温速率对所制备的微纳米TKX-50的影响,主要研究结果如下:（1）FD法不改变样品的晶型结构;溶液浓度分别为0.1mg/mL、0.3mg/mL和0.5mg/mL时,热分解峰温分别为241.387℃、238.645℃和235.373℃,Kissinger法所算表观活化能分别为154.385kJ/mol、143.020kJ/mol和142.800kJ/mol,随着溶液浓度的增加,样品的热分解峰温和Kissinger法所算的表观活化能减少,以Friedman方法所算活化能最大值先减少后增加。（2）以甲酸为溶剂时所制样品结晶度比以去离子水为溶剂时所制样品的结晶度差,热分解峰温为216.402℃,Kissinger法所得表观活化能为134.133kJ/mol;较去离子水为溶剂所制样品的热分解峰温降低了22.243℃,表观活化能降低了8.887kJ/mol。（3）在降温速率和冷冻方式相关的研究里,在冷阱中所得样品热分解峰温为237.281℃,较以冰柜冷冻所制样品热分解峰温降低1.364℃,Kissinger法计算冷阱中所得样品的表观活化能为151.125kJ/mol,比冰箱为冷冻方式时所制样品（143.020kJ/mol）高。采用SFL法所制的样品与FD法所制样品形貌存在较大差别,SFL法制得的样品呈蓬松的三维网状结构,其粒度较小,网格上存在纳米颗粒;采用FD法所制备的样品无统一形态,其粒径较大,为亚微米级。

关键词： TKX-50 流体喷雾冷冻技术冷冻干燥法热动力学分析微纳米材料

TKX-50/GO复合含能材料的制备及热分解特性

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火炸药学报 2020年第6期43卷 631-635页

作者：王华煜曹雄吴靖丽许亚北尚伊平中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

为了研究5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺(TKX-50)/氧化石墨烯(GO)纳米复合含能材料的热分解性能,采用液氮喷雾冷冻干燥法,制备了TKX-50/GO复合材料;通过扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD),对样品的形貌、结构以及表面... 详细信息

为了研究5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺(TKX-50)/氧化石墨烯(GO)纳米复合含能材料的热分解性能,采用液氮喷雾冷冻干燥法,制备了TKX-50/GO复合材料;通过扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD),对样品的形貌、结构以及表面元素含量进行了表征和分析;采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)分析了复合材料的热分解性能;采用Kissinger法计算了其表观活化能。结果表明,采用液氮冷冻喷雾干燥法制备的TKX-50/GO复合材料具有纳米级层状网络结构;与TKX-50相比,TKX-50/GO复合含能材料的第一阶段分解峰峰温向低温方向移动12.0、12.5、12.2℃,第二阶段分解峰峰温向低温方向移动12.5℃和16.4℃,随着GO含量的增加,第二阶段分解峰变得不明显,TKX-50/GO5两个分解阶段重叠,表观活化能从146.2kJ/mol提高到163.3、168.5和172.9kJ/mol。GO提高了复合含能材料的活化能垒,使分解峰温提前,缩短了反应区间时间,从而提高了能量释放速率,促进了TKX-50/GO复合材料的热分解。

关键词：物理化学氧化石墨烯 5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺 TKX-50 网络纳米结构复合含能材料热分解

快速冷冻干燥法制备网络纳米结构TKX-50的热分解和燃烧特性

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含能材料 2018年第12期26卷 1044-1048页

作者：曹雄杨丽媛王华煜尚伊平胡双启邓鹏胡立双中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

为了研究纳米化1,1′?二羟基?5,5′?联四唑二羟铵盐(TKX?50)的热分解性能与燃烧特性,采用快速冷冻干燥法制备了具有网络纳米结构的TKX?50样品,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对其进行形貌、结构表征,用热重分析?差示扫描量热(... 详细信息

为了研究纳米化1,1′?二羟基?5,5′?联四唑二羟铵盐(TKX?50)的热分解性能与燃烧特性,采用快速冷冻干燥法制备了具有网络纳米结构的TKX?50样品,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对其进行形貌、结构表征,用热重分析?差示扫描量热(TG?DSC)分析了热分解性能,用相机拍摄燃烧过程,讨论了纳米化结构对TKX?50热分解以及燃烧过程的影响。结果表明,采用快速冷冻干燥法得到的纳米化TKX?50具有纳米级网络骨架连接结构和良好的晶型稳定性;纳米化TKX?50两步热分解峰温为238.0℃和267.7℃,与原料TKX?50相比分别降低了12.1℃与5.6℃。纳米化TKX?50样品具有较低的点火延迟,以及更快的燃烧速率,表明对比原料TKX?50,采用快速冷冻干燥法制备的具有纳米网络结构的TKX?50样品的表面活性原子和基团增多,样品易活化,促进了TKX?50热分解以及燃烧。

关键词：快速冷冻干燥法 1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟铵盐(TKX-50) 网络纳米结构热性能燃烧特性

氧化石墨烯对TKX-50含能材料热性能的影响

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中北大学学报（自然科学版） 2020年第3期41卷 255-260页

作者：王华煜吴靖丽许亚北尚伊平曹雄中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 西安中车永电捷力风能有限公司陕西西安710000

为了研究氧化石墨烯(GO)对5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺(TKX-50)热性能的影响,分别向TKX-50添加1 wt%,3 wt%,5 wt%的GO,采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)分析了TKX-50的热分解性能;采用Kissinger法和Ozawa法计算了表观活化能和指前因... 详细信息

为了研究氧化石墨烯(GO)对5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺(TKX-50)热性能的影响,分别向TKX-50添加1 wt%,3 wt%,5 wt%的GO,采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)分析了TKX-50的热分解性能;采用Kissinger法和Ozawa法计算了表观活化能和指前因子.结果表明:与TKX-50相比,添加GO后TKX-50的两段分解峰值温度均提前,两步分解部分重叠;GO加快了TKX-50的反应进程,缩短了反应区间,能量释放速率提高;添加GO使TKX-50的表观活化能从146.16 kJ·mol^-1提高到163.25 kJ·mol^-1,168.50 kJ·mol^-1和172.97 kJ·mol^-1,提高了TKX-50的热稳定性.

关键词：氧化石墨烯 5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟胺(TKX-50) 含能材料