一种大面积高热流热辐射模拟方法技术

本发明专利技术提供一种大面积高热流热辐射模拟方法，主要用于解决现有的热辐射模拟方法对系统级大面积热辐射的考核模拟试验不适用的技术问题。本发明专利技术的热辐射模拟方法包括以下步骤：1)将考核目标置于拟形成热辐射场的区域；2)基于考核目标的热辐射效应参数，准备形成热辐射场所需的原材料，所述原材料包括铝粉及氧气；3)将铝粉与氧气混合均匀后燃烧，产生热辐射场；4)热辐射源的热流作用到考核目标表面，依据考核目标的热辐射效应参数设置热流加载时间，进而完成考核目标的热辐射考核实验。进而完成考核目标的热辐射考核实验。进而完成考核目标的热辐射考核实验。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积高热流热辐射模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种热流热辐射效应的模拟方法，尤其涉及一种大面积高热流热辐射模拟方法。

技术介绍

[0002]热辐射效应作为主要的强爆炸载荷毁伤因素之一，一般采用太阳能、电能和热化学反应等方式来模拟其热辐射效应，常见的主要有太阳能和电能模拟的方法。
[0003]太阳能模拟方法是一种利用定日镜将太阳光聚集至塔顶的集热器上作为模拟热源的方法，黑体温度可达到5800K，热流强度较高，但该类模拟方法的模拟装备和实验成本较高。
[0004]电能模拟技术主要包括碳弧灯、石英灯、氙灯等方法。碳弧灯的发光原理是采用电弧放电，进而形成色温较高的强光灯，其优点是光谱范围较好、最大强度较高(可达到600W/cm2)；缺点是均匀辐照面积小、辐射大量的紫外线、放出对人有害的气体、耗电量大、辐射不稳定、辐射系统维护繁琐(因碳棒损耗，必须经常调节碳棒间的距离)、使用寿命短等。石英灯加热是一种基于卤化物再生循环原理的方法，在一定操作方式下，可实现接近4000K的黑体输出，开关装置可调整波形。氙灯是利用喷射氙等离子电弧实现热源，是电光效率比较高的一种方式，其优点在于等效黑体温度高达6000K，脉冲波形可通过开关进行控制。
[0005]但是，上述几种热辐射模拟方法，仅可适用于小型系统、材料级试件或对频谱保真度要求较高的试验中，而对于系统级大面积热辐射的考核模拟试验，则不适用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有的热辐射模拟方法对系统级大面积热辐射的考核模拟试验不适用的技术问题，而提供一种大面积高热流热辐射模拟方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种大面积高热流热辐射模拟方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1，将考核目标置于热辐射源拟形成的热辐射场内；
[0010]步骤2，基于考核目标的热辐射效应参数，准备形成热辐射场所需的原材料，所述原材料包括铝粉及氧气；所述热辐射效应参数包括热流强度、光谱、光强及温度；
[0011]步骤3，将铝粉与氧气混合均匀后燃烧形成热辐射源，进而产生热辐射场；
[0012]步骤4，热辐射源的热流作用到考核目标表面，依据考核目标的热辐射效应参数设置热流加载时间，进而完成考核目标的热辐射考核实验。
[0013]进一步地，步骤1中，将所述考核目标置于距离热辐射源0.5
‑
1m处，该距离的热辐射效果较为均匀，同时参量的测量更为便捷。
[0014]进一步地，步骤3中，将铝粉和氧气输送至燃烧系统中，所述燃烧系统包括依次连接的输入单元、混合室及输出单元；铝粉和氧气分别经输送单元进入混合室，并在混合室内混合均匀后进入输出单元，在输出单元的输出端燃烧形成热辐射场；所述铝粉和氧气单次
混合的质量体积比为(1～4)kg：3.8m3。
[0015]进一步地，步骤4中，还包括对考核目标进行冲击波加载的步骤，采用热流加载配合冲击波加载的方式实现热辐射
‑
冲击波协同效应，进而完成考核目标的热辐射考核实验。
[0016]进一步地，步骤4具体为，热辐射源的热流作用到考核目标表面，依据考核目标的热辐射效应参数设置热流加载时间，待热流加载结束后，再对考核目标进行冲击波加载，进而完成考核目标的热辐射考核实验。
[0017]进一步地，所述铝粉和氧气单次混合的质量体积比为3kg：3.8m3，该用量比可兼顾燃烧的均匀性，同时满足热辐射场热流注入量的要求。
[0018]进一步地，所述热流加载时间为1
‑
20s，使得考核目标的表面发生损伤。
[0019]进一步地，所述冲击波加载的时间为0
‑
200ms，具体加载时间依冲击波的脉宽而定。
[0020]进一步地，所述热流加载和冲击波加载之间间隔
△
t，
△
t取值为0.5
‑
1s，以此模拟真实的考核环境，使得实验结果更加真实。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0022]1、本专利技术的模拟方法是基于铝氧燃烧的热化学热辐射模拟方法，铝氧燃烧产生的热流强度高、热注入量大，同时该辐射模拟方法的作用时间及作用面积均可依据实际需求进行设置及调整，从而提高了该方法的适用范围。
[0023]2、本专利技术的模拟方法中，可结合热流加载和冲击波加载的方式进行热辐射考核，实现热辐射
‑
冲击波协同效应，该方式更贴合实际考核目标的实验需求，适用性更高。
[0024]3、本专利技术的模拟方法中，将铝粉和氧气输送至燃烧系统中，所述燃烧系统包括依次连接的输入单元、混合室及输出单元；铝粉和氧气分别经输送单元进入混合室，并在混合室内混合均匀后进入输出单元，在输出单元的输出端燃烧形成热辐射场，通过各模块阵列相互配合的方式实现大面积的热辐射加载。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例的流程示意图；
[0026]图2为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例中单分子铝氧燃烧过程中的传热与传递过程图；
[0027]图3为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例中铝粉颗粒燃烧过程的示意图；
[0028]图4为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例中热辐射
‑
冲击波联合作用示意图；
[0029]图5为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例中热辐射输出的最小热流强度波形图；
[0030]图6为本专利技术一种大面积高热流热辐射模拟方法实施例中热辐射输出的最大热流强度波形图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]本专利技术提供了一种基于铝氧燃烧的热化学方式模拟大面积高热流热辐射效应的方法，热化学方式热辐射模拟方法的机理是铝粉与氧气的化学反应辐射传热，热化学反应方程如下式：
[0033]2Al+1.5O2→
Al2O3+3.89x10
6 cal/mol
[0034]图2展示了单分子铝氧燃烧过程中的传热与传递过程，传热过程包含：对流辐射以及燃烧放热通过热分配系数η
d
，又可将燃烧放热分别传递至环境和颗粒中去。传递至颗粒中的那部分放热用于维持液态铝核心的蒸发气态Al随后通过扩散与周围的O2在高温条件下发生燃烧反应，形成Al2O3[0035]图3给出了铝粉颗粒燃烧过程的示意图，从图中可知，当铝粉颗粒进入燃烧系统时，外部热源供热会使铝粉颗粒的氧化反应逐步加剧，当外部热源提供的能量与内部氧化放热相等时，即达到铝粉颗粒的初始反应温度，铝粉颗粒被点燃。起初火焰加热新鲜气体区域内的颗粒，着火在火焰锋面处产生，随后开始消耗火焰锋面附近的O2。随着燃烧的进行，O2浓度逐渐降为零，剩余未燃烧完全的颗粒将继续被高温气体加热，从而产生Al蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积高热流热辐射模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将考核目标置于热辐射源拟形成的热辐射场内；步骤2，基于考核目标的热辐射效应参数，准备形成热辐射场所需的原材料，所述原材料包括铝粉及氧气；所述热辐射效应参数包括热流强度、光谱、光强及温度；步骤3，将铝粉与氧气混合均匀后燃烧形成热辐射源，产生热辐射场；步骤4，热辐射源的热流作用到考核目标表面，依据考核目标的热辐射效应参数设置热流加载时间，进而完成考核目标的热辐射考核实验。2.根据权利要求1所述的大面积高热流热辐射模拟方法，其特征在于：步骤1中，将所述考核目标置于距离热辐射源0.5
‑
1m处。3.根据权利要求2所述的大面积高热流热辐射模拟方法，其特征在于：步骤3中，将铝粉和氧气输送至燃烧系统中，所述燃烧系统包括依次连接的输入单元、混合室及输出单元；铝粉和氧气分别经输送单元进入混合室，并在混合室内混合均匀后进入输出单元，在输出单元的输出端燃烧形成热辐射场；所述铝粉和氧气单次混合的质量体积比为(1～4)kg：3.8m3。4.根据权利要求1或2或3所述的大面积高热流热辐射模拟方法，其特征在于：步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德志，王等旺，马泽龙，秦学军，张云峰，赵奇峰，关君翊，金龙，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：