含能材料粉尘燃爆机理的实验和理论研究

火炸药等含能材料粉尘自身含有氧，属于活性粉尘，其燃爆机理也不同于其它工业粉尘。本项目拟在大型的立式爆轰管中，采用爆炸压力测试系统、高速摄影、高速阴影或纹影系统等电学、光学技术手段，对含能材料粉尘激波强点火过程、弱点火条件下火焰传播及加速过程、爆轰特征参数、爆轰波流场演化规律和爆轰波胞格结构等进行实验研究；结合实验测试数据以及光学记录照片，采用基元反应方程或带化学反应的Navier-Stokes方程对气固两相爆轰过程进行数值模拟。从而揭示含能材料粉尘的激波点火机理，模拟爆炸流场结构，建立适用于含能材料气固两相爆轰的理论模型。其研究成果不仅能对我国国防工业和民爆烟花等高危行业等的粉尘爆炸事故防治起到理论指导作用，还可以为我国新型云爆武器研发提供技术基础。

本课题在原有的基础上，首先对立式爆轰管实验系统的喷雾、喷粉系统进行改造，建立了适合气-液-固三相混合物燃爆规律研究的立式爆轰管系统。开展了含能材料粉尘的弱点火研究，在立式激波管和20L爆炸球中实验研究了含能材料粉尘的弱点火的燃爆规律。在立式激波管中采用塑性炸药强点火方式，研究了炸药-液体燃料-空气体、液体燃料-可燃气-空气、炸药-可燃气-空气等多相体系的燃爆规律。进一步研究了含炸药多相体系的临界起爆能，得到了清晰的多相体系的胞格结构，探讨了炸药、液体燃料、可燃气混合的多相体系的爆轰机理。研究表明，单一的炸药粉尘或接近爆炸下限的液体燃料、可燃气在强点火条件下不容易实现爆轰，而一旦三者组成多相混合体系则很容易实现爆轰，表明多相体系之间存在协同作用。这对军工行业的安全生产或新型云爆武器的研发提供了理论基础。