温压爆炸中铝粉-空气混合物反应的数值分析

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本文从理论出发初步探讨了温压炸药爆炸作用场的四大杀伤元特性,简单分析了破片及超压杀伤的破坏形式,同时针对试验中难以解决的高温火球热辐射及给有生目标造成缺氧窒息的问题,概述了这两类杀伤元对研究温压爆炸毁伤效能的重要意义,为解决流场内温度及组分浓度在试验中不易测得的问题,以此进一步获悉高温火球的热辐射功率和缺氧区域作用范围等,本文通过分析含铝炸药的爆炸作用特性,提出了适合温压药剂爆炸的铝粉后燃效应模型,即基于半开阔空间固定装药量TNT炸药的点源爆炸模型,使用LS-DYNA动力分析软件进行数值仿真,再现了引爆TNT药剂、爆炸冲击波的产生、传播、波间干扰影响和波经由地面的反射叠加等多种物理现象,获得了首次爆炸冲击波作用后流场内的压力分布规律,并将得到的距炸点0.5m监测单元的压力时程变化曲线,应用MATLAB依据最小二乘法原理拟合成随时间变化的分段函数形式,输入到FLUENT压力进口边界条件的UDF中,同时基于铝粉的后燃效应理论结合FLUENT中湍流标准κ-ε模型、离散相颗粒表面燃烧模型、EBU模型以及热辐射P-1模型等数值模拟了2kg铝粉的抛撒和快速燃烧反应过程。计算数据表明,铝粉后燃效应产生的压力峰值不低于前导冲击波压力的40％,且压力时程曲线变化较为平缓,正相压力作用时间也较之延长了8ms～25ms,充分说明温压药剂在破坏威力方面有着强烈的优势。通过综合分析计算结果,研究了铝粉的快速燃烧作用给爆炸场带来的后燃效应影响,分析了超压作用场、速度场、温度场的分布形态,热辐射毁伤效应以及粒子浓度和反应中各组分的变化等。
　　本文综合利用LS-DYNA及FLUENT软件的优势,有效模拟了温压爆炸中铝粉的抛撒和后燃反应对流场的影响,解决了LS-DYNA有限元程序在模拟温度场及组分运输和化学反应等方面上存在的不足以及FLUENT软件在炸药起爆上的困难,获得了试验中难以测得的温度场和组分浓度分布形态,进一步获悉了流场内高温火球的热辐射功率和缺氧区域作用范围,为研究温压药剂的不同毁伤效能提供了参考依据,具有重要意义。

著录项

作者
董雯燕;
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作者单位

南京理工大学;

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授予单位南京理工大学;
学科流体力学
授予学位硕士
导师姓名陶钢;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类爆震（爆轰）理论;冲击波;
关键词
温压爆炸; 铝粉燃烧; 后燃效应; 热冲击波;

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