激光起爆的数值模拟研究

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激光起爆是一种新型的起爆技术。含能材料的激光起爆技术,在工程、科研、军事、医疗等领域都有着重要的应用价值和广阔的发展前景。激光起爆具有安全性、可靠性、精确性等优点。激光与含能材料的相互作用效应是激光火工品研发的基础与核心,已有学者在此方面进行大量的研究工作。激光对含能材料的点火起爆可以通过理论、实验和数值的方法进行研究。用理论方法研究激光作用含能材料的温度场,受限于求解区域的不规则几何形状、材料的各向异性及各项物理量参数的变化等因素。也无法通过精密物理实验测得炸药等含能材料内部温度场情况。因此,激光起爆的数值模拟研究在精密火工品设计中显得尤为关键。数值计算结果成为炸药温度场最全面可信的依据。国内外学者已经针对激光起爆的数值计算进行了详细的研究,发表了大量的相关文献。本文主要针对激光起爆的各影响因素展开数值模拟研究。主要研究内容如下:(a)建立二维Fourier热传导模型,用古典显式差分格式对二维模型进行数值计算;(b)使用C80微量热仪测定PETN炸药的比热随温度变化情况,并将其作为变参数代入数值模型中进行计算;(c)在二维Fourier热传导模型中加入激光光强分布、激光脉冲宽度、激光脉冲波形、炸药化学反应热、炸药活化能、炸药中的掺杂物等因素,并将炸药变比热函数离散化代入模型中,计算分析对激光点火的影响。;(d)对三维Fourier热传导模型的算法进行了推导;(e)在展望中对激光点火技术提出新的思路。设想通过在炸药中放置点火聚焦微型药包,并在药包外部涂覆高弹性模量、低密度、低导热率的包裹物质。减少能量的波导损失和点火过程散失,有效降低起爆能量阈值。得出对激光点火有显著影响的因素有:激光强度、激光光束半径、炸药中的掺杂物、炸药比热。得出激光强度越强、光束半径越小,脉冲宽度越宽,波形越接近矩形,炸药中掺杂物的吸光系数越大,比热越低,将越有利于激光对炸药的点火起爆的结论
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