FLUENT战斗部烤燃数值仿真研究+源程序(2)
1.2 国内外研究现状
1.3 研究方法
目前主要有两种方法对炸药进行烤燃研究：烤燃实验和数值模拟计算[21]。炸药的烤燃试验是一种重要的方法。烤燃实验可以直观得到炸药的反应规律，但是烤燃实验需要复杂的实验设备，同时需要投入大量的人力劳动，实验进行的时间也比较长，难以很快得到结论，花费的资金也比较高，同时难以控制环境温度等变量。而数值模拟计算改善了这些缺点。对烤燃实验进行数值模拟计算, 可以在仿真时模拟反应发生时的烤燃条件，能及时有效地改变环境参数，从而得到较为准确的结果，省去实验的复杂设备及大量人力劳动，较之烤燃现场实验也更为安全。数值模拟的结果也具有一定的预见性，可以对炸药的反应规律做出预测，从而更加容易得到我们想要的结果。
本文选择的即是数值模拟仿真方法，通过改变升温速率、隔热层材料、隔热层厚度对战斗部的烤燃反应进行了仿真，从而研究这些因素对战斗部烤燃反应的影响。
2 烤燃模型设计
2.1 软件简介
2.1.1 Gambit软件
Gambit是建立模型和划分网格时所使用的一种软件。我们可以利用它建立模型、划分网格、定义边界条件，Gambit功能强大使用方便，所建立的模型能为我们后续使用Fluent求解器求解提供基础。
2.1.2 Fluent软件概述
Fluent软件可以获取Gmibit所建立的模型的网格信息，获得我们需要的输入信息，通过建立流体力学和热传导的物理模型，找到恰当的模拟方式，从而计算我们所求的结果，用图形的方式形象的表示出来。
2.1.3 UDF简介
UDF是一种自定义函数，用C语言编写，导入到Fluent中，为我们的计算进行辅助。本文即利用C语言编写了不同升温速率函数，为计算战斗部的点火时间提供了初始条件。
2.2 烤燃模型的建立
2.2.1 烤燃的理论分析
炸药受热会产生分解反应，同时会有大量的热量产生。热量产生速率与温度相关。对于带壳炸药而言，温度从壳体传到炸药药柱，药柱中心发生分解反应，产生的热量无法散失到周围环境中，因而在药柱内部积累自加热，热量积累使药柱内部产生许多热点，当热点温度达到炸药点火温度时最终导致点火。在升温速率较大的情况下，由于炸药是热的不良导体，边缘温度来不及传到中心已经达到点火温度，即快速烤燃点火位置发生在药柱边缘，此时药柱中心温度较低。
2.2.2 烤燃的数学模型
仿真所用材料参数如下表2.1：
表2.1 破片与挡板所用材料模型
参 数 ANPyO 45#钢 氧化沥青 T-09涂料
(kg/m3)
1620 7850 1000 1600
(J/kgK)
220.7+
3.04T 480 1758 1940
(J/mKs)
0.226 43 0.15 0.2
(J/kg)
487100 --- --- ---
(1/s)
6.6×1018 --- --- ---
(J/mol)
263000 --- --- ---
(J/molK)
8.314 --- --- ---
为了简化研究内容，选择相关参数，在计算时做假设：
（1）炸药为均质固相，不发生相变，没有反应物的消耗；
（2）炸药和弹体间无空隙，反应区内仅有热传导，反应物质不运动，无对流传热；
（3）炸药的自热反应遵循Arrhenius方程；