一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法技术

一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，包括：获得燃烧室可承受的最大静水压力为p

【技术实现步骤摘要】
一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法


[0001]本专利技术属于产生热刺激的快速压缩机
、含能材料自着火及安全领域，具体涉及一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法。

技术介绍

[0002]快速压缩机通过高压气体驱动活塞实现快速压缩，燃烧室内气体体积迅速变小，以此实现快速热加载过程，来模拟含能材料在受到意外热刺激时的自着火及安全响应特性。但是实际应用中，含能材料是一类具有高能量密度的亚稳定物质。当其受到意外热刺激时会发生自着火甚至爆炸，造成严重的生命及财产损失。例如，2020年贝鲁特港口发生特大爆炸事故，可能原因为含能材料硝酸铵受热发生迅速热分解反应，造成190余人死亡，6500多人受伤，损失经济30亿美元。可以发现，在利用快速压缩机进行含能材料自着火及安全性研究过程中需要充分考虑含能材料释放能量的问题，若含能材料用量过多，释放能量迅速，造成快速压缩机装置受损，将会对实验人员及周围环境产生威胁；若含能材料用量过少，释能较少，自着火失败，无法对其自着火行为和安全特性进行研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法。该方法基于快速压缩机装置，给出含能材料自着火实验的安全用量，保证在快速热刺激下含能材料的自着火实验操作的安全性，为研究含能材料在受到意外热刺激时的自着火和安全性提供理想且安全的热力学环境。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将快速压缩机可视化燃烧室取下后密封，并浸没在水中，向密封的燃烧室内充入水，继续打压，通过压力表观察燃烧室内压力变化，直至玻璃破碎，记录燃烧室可承受的最大静水压力为p
max
；
[0007]步骤2、更换燃烧室石英玻璃，将燃烧室安装在快速压缩机上；选择含能材料样品初始用量m0，将样品固定在快速压缩机可视化燃烧室内的可夹持装置上，利用端盖将燃烧室密封；
[0008]步骤3、确定燃烧室内混合气组分p1，p2…
p
n
，利用配气系统向燃烧室内充入气体，压力为p0；
[0009]步骤4、利用高压罐中高压空气通过两连杆三活塞结构对燃烧室内的混合气进行压缩，即通过快速压缩机控制与数据采集系统发出信号，触发泄压电磁阀，油压迅速下降，活塞在压差的作用下向燃烧室方向移动，燃烧室内压缩上止点温度和压力迅速升高至T
eoc
和p
eoc
；通过高速相机和压力采集系统记录压缩过程燃烧室内含能材料样品的自着火情况和压力变化，并判断在T
eoc
和p
eoc
下含能材料样品是否发生自着火；
[0010]步骤5、若自着火成功，进一步判断样品燃烧的最大压力p是否达到1/3p
max
，若达到
则样品最大安全用量m
max
＝m0；若未到达1/3p
max
，继续增加m0，直至样品燃烧的最大压力达到1/3p
max
，从而确定最大安全样品加载量；若自着火失败，继续增加m0，直至点火成功，从而确定保证成功点火的最小样品加载量m
min
；因此，在T
eoc
和p
eoc
下含能材料的安全用量为m
min
到m
max
之间；
[0011]步骤6、改变燃烧室内混合气各组分p1’
，p2’…
p
n
’
，利用配气系统向燃烧室内充入气体，压力为p0’
，重复步骤4和5，获得不同燃烧室温度和压力下的含能材料安全用量，用于指导含能材料在快速压缩机上进行自着火研究的实验安全用量。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤1中的对取下的燃烧室进行密封的方法为：利用螺栓和密封圈将打压端盖固定在燃烧室两端，将压力传感器套筒堵头拧紧在燃烧室侧面，燃烧室可视化窗口利用螺栓和密封圈通过视窗端盖将石英玻璃进行固定，从而实现整个燃烧室的密封。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤2中的含能材料包括各类推进剂、炸药及烟火剂；样品为球体、长方体或圆柱体；初始用量m0不多于10mg；可夹持装置主体为可伸缩、变直径的钨针，通过螺纹孔固定在燃烧室内壁，直径为0.2mm的一端以“穿刺”方式固定样品。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤3中的混合气包括氩气、氮气、氧气、二氧化碳和氦气。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤4中的两连杆三活塞机构包括驱动连杆、压缩连杆、压缩活塞、液压活塞及驱动活塞。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤4中的控制与数据采集系统包括NI数据采集卡、继电器、LabVIEW软件和计算机，工作原理为：利用LabVIEW将需要控制的油压信号、高速相机信号及压力数据信号进行编程，实现对泄油、高速相机及压力采集的同步控制；通过计算机端LabVIEW程序输出一个数字信号，触发继电器给出信号，电磁阀开启，液压油油压迅速下降，压缩过程开始，在电磁阀开启的同时，NI数据采集卡开始记录燃烧室内压力传感器通过电荷放大器输入的电信号，以文本的形式储存在计算机端指定位置，得到的原始数据将通过MATLAB程序进行信号转化和滤波处理；信号触发后，高速相机开始工作，计算机记录并保存高速图像；压缩结束后，压力和高速图像记录停止。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤4中的压缩上止点压力p
eoc
通过压力传感器测量得到，而温度T
eoc
通过绝热状态方程计算得到，其中T0为已知的初始温度，γ为已知的比热比，p
eoc
为已知的压缩上止点压力，p0为已知的初始压力。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤4中的判断含能材料是否发生自着火的方法为：首先获取压缩终点温度T
eoc
和压力p
eoc
下燃烧室内的压力变化曲线和高速图像；随后，对压力变化曲线及高速图像进行分析，若压缩上止点后压力升高率>0且在高速图像上出现着火点、燃烧现象，则说明含能材料发生自着火；若压缩上止点后压力升高率＝0或略小于0且在高速图像上未观察到着火点、燃烧现象，则说明含能材料发生分解反应但未发生自着火；若压缩上止点后压力升高率<0即压力持续下降且在高速图像上未观察到着火点、燃烧现象，则说明含能材料未发生自着火。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，所述步骤5中样品燃烧的最大压力p为压缩上止点后压力曲线上的最大值。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术提供的一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，利用快速压缩机模拟含能材料在现代复杂多变的战场环境下受到意外快速热刺激时的响应特性。快速压缩机能够在几十毫秒内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将快速压缩机可视化燃烧室取下后密封，并浸没在水中，向密封的燃烧室内充入水，继续打压，通过压力表观察燃烧室内压力变化，直至玻璃破碎，记录燃烧室可承受的最大静水压力为p
max
；步骤2、更换燃烧室石英玻璃，将燃烧室安装在快速压缩机上；选择含能材料样品初始用量m0，将样品固定在快速压缩机可视化燃烧室内的可夹持装置上，利用端盖将燃烧室密封；步骤3、确定燃烧室内混合气组分p1，p2…
p
n
，利用配气系统向燃烧室内充入气体，压力为p0；步骤4、利用高压罐中高压空气通过两连杆三活塞结构对燃烧室内的混合气进行压缩，即通过快速压缩机控制与数据采集系统发出信号，触发泄压电磁阀，油压迅速下降，活塞在压差的作用下向燃烧室方向移动，燃烧室内压缩上止点温度和压力迅速升高至T
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和p
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；通过高速相机和压力采集系统记录压缩过程燃烧室内含能材料样品的自着火情况和压力变化，并判断在T
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和p
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下含能材料样品是否发生自着火；步骤5、若自着火成功，进一步判断样品燃烧的最大压力p是否达到1/3p
max
，若达到则样品最大安全用量m
max
＝m0；若未到达1/3p
max
，继续增加m0，直至样品燃烧的最大压力达到1/3p
max
，从而确定最大安全样品加载量；若自着火失败，继续增加m0，直至点火成功，从而确定保证成功点火的最小样品加载量m
min
；因此，在T
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和p
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下含能材料的安全用量为m
min
到m
max
之间；步骤6、改变燃烧室内混合气各组分p1’
，p2’…
p
n
’
，利用配气系统向燃烧室内充入气体，压力为p0’
，重复步骤4和5，获得不同燃烧室温度和压力下的含能材料安全用量，用于指导含能材料在快速压缩机上进行自着火研究的实验安全用量。2.根据权利要求1所述的一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，其特征在于，所述步骤1中的对取下的燃烧室进行密封的方法为：利用螺栓和密封圈将打压端盖固定在燃烧室两端，将压力传感器套筒堵头拧紧在燃烧室侧面，燃烧室可视化窗口利用螺栓和密封圈通过视窗端盖将石英玻璃进行固定，从而实现整个燃烧室的密封。3.根据权利要求1所述的一种确定含能材料自着火实验的样品安全用量方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨猛，余涛，方鸣，汤成龙，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：