基于流動與化學反應耦合的鎂/聚四氟乙烯煙火劑二維燃燒模型及數值計算

林長津,王浩,朱晨光(.南京理工大學能源與動力工程學院,江蘇南京0094;.南京理工大學化工學院,江蘇南京0094)

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基于流動與化學反應耦合的鎂/聚四氟乙烯煙火劑二維燃燒模型及數值計算

林長津1,王浩1,朱晨光2
(1.南京理工大學能源與動力工程學院,江蘇南京210094;2.南京理工大學化工學院,江蘇南京210094)

摘要:針對鎂/聚四氟乙烯(MT)煙火劑燃燒過程中湍流對燃燒的影響關系,建立流動與化學反應相耦合的二維計算流體力學模型,模擬不同質量比MT煙火劑穩態燃燒過程,獲得了燃燒場溫度、組分分布特性,并將計算結果與文獻[10,16,18]值進行對比。對比結果表明:燃燒場溫度上升段大約20 mm,這與文獻[10]實驗值吻合較好,且溫升段距離與反應機理C2F4+ M?2CF2+ M區域位置相對應;當量質量比為33/67的MT火焰溫度最高,與熱力計算結果相一致,隨著質量比的增加,存在不完全反應;燃料Mg的消耗主要通過與CF2的氧化反應,Mg與F的反應過程不能忽略,且隨著質量比的增大,燃燒產物MgF的比例減少。

關鍵詞:兵器科學與技術;鎂/聚四氟乙烯煙火劑;湍流燃燒;耦合;數值模擬

Key words: ordnance science and technology; Mg-Teflon pyrolant; turbulence combustion; coupling; numerical simulation

0　引言

鎂/聚四氟乙烯(MT)基煙火劑作為一種高能材料,能夠產生高溫火焰和高溫固體顆粒,同時,它在紅外波段也具有高輻射能量,已在火箭發動機點火藥、紅外誘餌彈等方面得到廣泛應用[1-7]。通常,在MT基煙火劑中加入氟橡膠(Viton)以提高混合物的均勻性,并保護鎂顆粒在存儲過程中不被氧化,也即所謂MTV煙火劑。除了優越的性能輸出,它還具有良好的熱穩定性,及對大多數軍事煙火材料的兼容性[8]。……