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含能材料的反应性光声特性研究

发布时间:2023-05-26 19:38
  反应性光声谱是光热光声谱和化学反应热声谱的复合光声谱。反应性光声谱技术的核心技术是高灵敏度和高信噪比的检测动态的反应性光声谱。科学问题是将传统光声谱和化学反应声谱从反应性光声谱中分离出来,并且进行化学动力学解算,而目前这两方面的问题尚未得到实质性解决。为了更好地了解化学反应动力学与光声谱之间的关联性,本文针对具有不同反应性和热效应的含能材料开展了反应性光声特性和规律研究,获得了化学反应与光声信号的关联性,为反应性光声技术的定量分析奠定了基础。本文采用脉冲激光引发的反应性光声实验技术、光反射率分析技术、TG-DSC热分析技术、辐射光谱分析技术、激光共聚焦显微分析技术和高速图像分析技术等先进的分析技术,结合数值模拟,对硝酸钾(KN03)/石墨(C),碳纳米管(CNTs)和碳黑(CB)掺杂的黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、太安(PETN)和六硝基芪(HNS)等典型含能材料的光学特性、热化学反应特性、激光烧蚀与点火特性和反应性光声特性等开展了实验研究,结合数学建模和数值模拟等理论分析,揭示了含能材料的化学反应性与反应性光声特性的内在关系和反应性光声谱激发机理,取得了如下研究进展。 (1)...

【文章页数】:119 页

【学位级别】:博士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的依据和意义
    1.2 光声光谱技术的研究背景和应用进展
    1.3 激光与含能材料相互作用机理的研究进展
    1.4 论文所做的工作和主要研究内容
    参考文献
2 光声光谱实验系统的设计与分析
    2.1 光声光谱检测实验系统的组成
    2.2 光声池的设计
    2.3 传感器的设计
    2.4 声传感器的信号分析
    2.5 石英晶体压电传感器的标定
    2.6 本章小结
    参考文献
3 激光作用下含能材料的光声特性
    3.1 激光作用下硝酸钾/石墨的反应性光声特性
        3.1.1 实验准备
        3.1.2 KNO3/C药剂的TG-DSC分析
        3.1.3 KNO3/C药剂的反应性光声特性分析
        3.1.4 激光与KNO3/C作用的高速摄影和烧蚀区显微图像分析
        3.1.5 激光作用下KNO3/C体系发射光谱分析
    3.2 激光作用下RDX的反应性光声特性
        3.2.1 样品准备及反射率测定
        3.2.2 RDX样品DSC热分析
        3.2.3 RDX样品反应性光声实验
    3.3 激光作用下HMX的反应性光声特性
        3.3.1 样品准备及反射率测定
        3.3.2 HMX样品DSC热分析
        3.3.3 HMX样品反应性光声实验
    3.4 激光作用下PETN的反应性光声特性
        3.4.1 PETN样品准备及反射率测定
        3.4.2 PETN样品DSC分析
        3.4.3 PETN样品反应性光声实验及分析
    3.5 激光作用下HNS的反应性光声特性
        3.5.1 HNS实验样品准备及反射率测定
        3.5.2 HNS样品的DSC分析
        3.5.3 HNS样品反应性光声实验及分析
    3.6 不同炸药的反应性光声特性对比分析
        3.6.1 不同炸药对反应性光声特性的影响
        3.6.2 掺杂对含能材料反应性光声特性的影响
        3.6.3 化学反应性对含能材料反应性光声特性的影响
    3.7 本章小结
    参考文献
4 激光作用下含能材料的效应及数值模拟
    4.1 激光辐照效应的机理分析
        4.1.1 激光辐照下含能材料的热效应
        4.1.2 激光辐照下含能材料的温度效应
        4.1.3 激光辐照下含能材料的相变和烧蚀分析
    4.2 激光作用下含能材料化学反应效应
        4.2.1 激光作用下含能材料化学反应生成气体的压力效应
        4.2.2 激光作用下含能材料化学反应的热效应
    4.3 激光作用下含能材料反应性光声数学模型
        4.3.1 基本假设
        4.3.2 物理及数学模型的建立
        4.3.3 光声模型的求解
    4.4 数值模拟结果及讨论分析
        4.4.1 无化学反应光声信号模拟结果分析
        4.4.2 无气体产生的化学反应光声信号模拟结果
        4.4.3 有气体产生的化学反应光声信号模拟结果
        4.4.4 三类光声信号模拟结果的对比
        4.4.5 模拟结果与实验结果的对比
    4.5 本章小结
    参考文献
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 文章主要创新点
    5.3 展望及建议
致谢
附录
    附录A:作者在攻读博士学位期间发表及录用的论文目录
    附录B:作者在攻读博士学位期间参加科研项目情况
    附录C:激光作用下C/KNO3样品的高速摄影图片
    附录D:光声模拟的源程序
        D.4.1 无化学反应源程序
        D.4.2 有化学反应无气体模拟源程序
        D.4.3 有化学反应有气体模拟源程序



本文编号:3823161

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