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一种确定液体炸药爆轰参数的方法

阅读:663发布:2020-05-20

专利汇可以提供一种确定液体炸药爆轰参数的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及液体炸药的爆轰参数,是通过化合物的热 力 学函数,最小自由能来计算液体炸药的CJ爆压、爆速、爆温与比容的方法,属于含能材料技术领域。VLW程序是建立在BKW程序 基础 之上,利用最小自由能法通过化合物的 热力学 函数来计算液体炸药的CJ爆压、爆速、爆温与比容等函数关系。,下面是一种确定液体炸药爆轰参数的方法专利的具体信息内容。

1.一种确定液体炸药爆轰参数的方法,其特征在于具体步骤如下:
1)VLW程序建立在BKW程序基础之上,利用最小自由能法通过化合物的热学函数来计算液体炸药的CJ爆压、爆速、爆温与比容等函数关系;
设液体炸药在爆轰时为理想气体,并满足标准状态下的各种条件,爆轰反应时的状态数值计算应在状态方程式求解范围之内,所用介质的动力学方程组为:
上式中:
D-爆轰速度;
ρ、P、u-分别为密度、压力和质点速度;
E-比内能;
下标0表示燃料
下标1表示爆轰产物;
考虑到 再假设等熵指数γ0=γCJ=γ,将(3.3)式中部分整理可写成:
由于液体炸药爆轰时反应温度与比容有关,
式中Q-液体炸药爆轰释放的比能量
λ-化学反应进展度;
根据CJ理论,只考虑初态和终态,则对初始状态(λ=0),有:
对终态(λ=0)则有:
令P0<<PJ时,(3.4)式可写成 (3.9)
(3.10)
(3.11)
(3.12)
由上述方程为计算液体炸药爆轰参数的基本方程;
2)VLW状态方程
液体炸药计算中,VLW状态方程的表达式为:
式中B*为无量纲第二维里系数,通常采用Lennard-Jones势函数表示;
由经典统计热力学可以导出:
式中的ε与σ为无量纲参量
另加一个无量纲参量
其中
因此
只截取VLW状态方程第一项,即:
这样,VLW状态方程就成了理想气体方程。

说明书全文

一种确定液体炸药爆轰参数的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液体炸药的爆轰参数,是通过化合物的热学函数,最小自由能来计算液体炸药的CJ爆压、爆速、爆温与比容的方法,属于含能材料技术领域。

背景技术

[0002] 液体炸药爆轰参数计算,对了解液体炸药有重要指导意义。但考虑到液体炸药的爆轰属非均质爆轰或异相爆轰,尤其是液体炸药既有体积爆炸的特点同时又具有点爆炸的特性,因此,它是一种特殊的爆轰过程,这也就是它与凝聚态炸药和燃料与空气混合后引起爆轰的区别。
[0003] 一些液态化合物或其混合物,如硝酸异丙酯、丙、乙醚、硝基甲烷、硝化二乙二醇、叠氮烷、硝化甘油及TATP(丙酮与过化氢的混合物)等具有易燃、易爆的特点,自身能作为液态炸药或与空气混合形成爆炸性极强的雾炸药。本研究采用VLW状态方程及其计算软件研究了这些典型液体炸药(液态化合物)的爆炸能量。在计算中,硝化甘油是作为液态单质炸药计算的,而其它液态化合物或混合物需要摄取空气中的氧,因此在爆炸分散过程中实际上形成云雾空气炸药而爆炸。
[0004] 对液体炸药计算,目前除BKW程序和Cordon-McBride Quatuor程序外,没有更好的计算程序;但BKW程序和Cordon-McBride Quatuor程序有许多不足之处,计算误差较大。一般而言,液体炸药组份简单,属异相爆轰,因此我们选用以BKW状态方程为基础的Fortran VLW程序进行了计算。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了提出一种确定液体炸药爆轰参数的方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007] 本发明的一种确定液体炸药爆轰参数的方法,具体步骤如下:
[0008] 1)VLW程序是建立在BKW程序基础之上,利用最小自由能法通过化合物的热力学函数来计算液体炸药的CJ爆压、爆速、爆温与比容等函数关系;
[0009] 基本方程
[0010] 在两相爆轰中,爆轰波阵面后有一个化学反应区,在化学反应区内液滴被碎解,并发生激烈反应而放出大量热,化学反应末端为反应完成后所形成的爆轰产物。在爆轰过程中前沿冲击波与后随的化学反应以同一速度传播。设液体炸药在爆轰时为理想气体,并满足标准状态下的各种条件,爆轰反应时的状态数值计算应在状态方程式求解范围之内,所用介质的动力学方程组为:
[0011]
[0012] 上式中:
[0013] D-爆轰速度;
[0014] ρ、P、u-分别为密度、压力和质点速度;
[0015] E-比内能;
[0016] 下标0表示燃料;
[0017] 下标1表示爆轰产物。
[0018] 考虑到 再假设等熵指数γ0=γCJ=γ,将(3.3)式中部分整理可写成:
[0019]
[0020]
[0021] 由于液体炸药爆轰时反应温度与比容有关,
[0022]
[0023] 式中Q-液体炸药爆轰释放的比能量;
[0024] λ-化学反应进展度。
[0025] 根据CJ理论,只考虑初态和终态,则对初始状态(λ=0),有:
[0026]
[0027] 对终态(λ=0)则有:
[0028]
[0029] 如果进一步简化,忽略初始压力P0,即令P0<<PJ时,(3.4)式可写成[0030] (3.9)
[0031]
[0032] (3.10)
[0033]
[0034] (3.11)
[0035]
[0036] (3.12)
[0037]
[0038] 由上述方程为计算液体炸药爆轰参数的基本方程
[0039] 2)VLW状态方程
[0040] 液体炸药计算中,VLW状态方程的表达式为:
[0041]
[0042] 式中B*为无量纲第二维里系数,通常采用Lennard-Jones势函数表示。
[0043] 在压力不大时,三分子互相碰撞作用的机会是很少的,因此,该方程展开到第二维里项就已足够正确地反映液体炸药爆轰时的性质。
[0044] 由经典统计热力学可以导出:
[0045]
[0046]
[0047] 式中的ε与σ为无量纲参量
[0048]
[0049]
[0050] 另加一个无量纲参量
[0051]
[0052] 其中
[0053] 因此
[0054]
[0055] 在较低压力下,因为液体炸药的密度较小,所以可只截取VLW状态方程第一项,即:
[0056]
[0057] 这样,VLW状态方程就成了理想气体方程.
[0058] 应该指出:对于液体炸药爆轰参数的计算,VLW状态方程的使用是任意的,既可采用短截式(3.20),也可采用VLW状态方程的整体式(3.13).这是因为液体炸药的密度较小,在这种情况下,VLW状态方程的高次项基本趋于零,因此,无论是采用短截还是整体式,都可以得到相同的计算结果.从这一点上讲,VLW状态方程具有一定的普适性。附图说明
[0059] 图1为TATP的计算结果;
[0060] 图2为硝酸异丙酯的计算结果;
[0061] 图3为乙醚的计算结果;
[0062] 图4为硝酸异戊酯的计算结果;
[0063] 图5为硝基甲烷的计算结果;
[0064] 图6为不同液态炸药的爆压矩形图;
[0065] 图7为不同液态炸药的爆速矩形图。

具体实施方式

[0066] 实施例
[0067] VLW程序的应用
[0068] 应用VLW程序对液体炸药爆轰参数进行计算,对于初始输入值的给定是一个很重要的问题,必须给出的初始输入值是:液体炸药的化学组成;液体炸药各组份的生成;液体炸药的密度.
[0069] 液体炸药的密度是根据所给定燃料的重量百分比,并结合环境压力与温度计算得出的.
[0070] 应用VLW程序对液体炸药爆轰参数进行计算,需要作以下假设,将反应体系作为等当量的全部气态的预混可燃混合物,为了补偿进行蒸发所需的热时,在此燃料的生成焓采用液态的生成焓,初时温度T0为298.14K,初始压力P0为1atm.。液体炸药各组份的生成焓和爆轰产物如表1所示。
[0071] 表1 一些液体炸药的生成焓
[0072]
[0073] 应用FORTRAN VLW程序,计算了不同组分配比的液体炸药的爆轰参数。计算结果如图1~图5和表1所示。其中图1为TATP的计算结果,图2为硝酸异丙酯的计算结果,图3为乙醚的计算结果,图4为硝酸异戊酯的计算结果,图5为硝基甲烷的计算结果。图中0为爆速,Δ-为超压值;图6为不同液态炸药的爆压矩形图,图7为不同液态炸药的爆速矩形图;
[0074] 一些液体炸药如硝酸异丙酯、丙酮、乙醚、硝基甲烷、硝化二乙二醇、叠氮烷烃、硝化甘油及TATP等具有易燃、易爆的特点,自身能作为液态炸药或与空气混合形成爆炸性极强的云雾炸药。它们的爆轰参数计算结果如表2所示。
[0075] 表2 液态炸药爆轰参数计算结果
[0076]
[0077] 由图6和图7计算结果可以看出,硝化甘油的爆压和爆速最高,爆压达到21GPa,爆速为7489m/s,远远高于其它液态化合物的爆压和爆速;其它液态化合物的爆压和爆速虽然较硝化甘油的为低,但由于起爆瞬间与空气作用形成了云雾爆轰,因此具有作用范围大、持续时间长的特点;在形成云雾爆轰的化合物或混合物中,硝基甲烷和硝化二乙二醇的爆压较高,达到7~8MPa,叠氮烷烃和TATP次之,爆压达到3~4MPa,其它三种化合物的爆压为2~3MPa;它们的爆速差别不大,均为2000m/s左右,其中硝基甲烷和叠氮烷烃的爆速较高,超过2000m/s。
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