烟火药水下燃烧及模拟

本书从烟火药水下燃烧的声辐射机理、烟火药水下燃烧特性、烟火药水下燃烧形成的气泡特性、烟火药水下燃烧高温残渣与水作用的单气泡特性和烟火药水下燃烧声效应的有效作用时间等方面进行了理论与实验研究。首先，得到了烟火药水下燃烧的声辐射，是以气泡体积变化引起的声辐射为主，其他形式的声辐射为辅的结论；其次，提出了烟火药水下燃烧声效应有效作用时间的概念，并采用处理软件结合相关的实验结果，初步评估了烟火药水下燃烧的有效作用时间；最后，从烟火药水下不稳定燃烧的机理及抑制方法、烟火药水下燃烧形成的气泡群特性等方面对烟火药水下燃烧技术的发展进行了展望。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外同类研究概况 2
1.2.1 可燃气体的水下燃烧研究概况 2
1.2.2 烟火药及推进剂的水下燃烧研究概况 5
1.2.3 数值模拟研究进展 8
1.3 水下燃烧存在的问题及烟火药水下燃烧的区别 9
1.4 主要内容安排 10
参考文献 11
第2章 烟火药概述 15
2.1 烟火药的分类 15
2.2 烟火药的组成 17
2.2.1 氧化剂 17
2.2.2 可燃剂 18
2.2.3 黏结剂 19
2.2.4 功能添加剂 19
2.3 烟火药的燃烧 19
2.3.1 烟火药燃烧的基础知识 19
2.3.2 烟火药燃速及其影响因素 23
2.4 烟火药燃烧理论 25
2.5 本章小结 28
参考文献 28
第3章 烟火药水下燃烧的声辐射机理 29
3.1 引言 29
3.2 水声学基础理论和声辐射基本原理 29
3.2.1 水声学基础理论 29
3.2.2 广义的Lighthill方程 32
3.2.3 水中流体动力声源 35
3.3 水中气泡的噪声特性 36
3.3.1 水中单气泡的噪声特性 36
3.3.2 水中气泡云的噪声特性 37
3.4 烟火药水下燃烧声辐射机理的理论分析 39
3.4.1 速度剪切形成的湍流噪声 40
3.4.2 气泡体积变化引起的声辐射 41
3.5 烟火药水下燃烧声辐射机理的验证性实验 42
3.5.1 样品的制备 42
3.5.2 实验过程 42
3.5.3 结果与讨论 44
3.6 影响烟火药水下燃烧声辐射特性的因素 46
3.6.1 环境因素的影响 46
3.6.2 装药参数的影响 48
3.7 本章小结 49
参考文献 49
第4章 烟火药水下燃烧特性的实验研究 53
4.1 引言 53
4.2 水下燃烧用烟火药的要求与成分选择 53
4.2.1 水下燃烧用烟火药的要求 53
4.2.2 水下燃烧用烟火药成分的选择 54
4.3 水环境对烟火药燃烧特性的影响 54
4.3.1 实验装置与方法 55
4.3.2 实验结果与分析 55
4.4 烟火药水下燃烧气泡的实验研究 56
4.4.1 概述 56
4.4.2 试样的制备 57
4.4.3 实验装置 57
4.4.4 实验结果与分析 58
4.5 烟火药水下燃烧声辐射特性实验研究 65
4.5.1 实验仪器及装置 65
4.5.2 测试方法 66
4.5.3 燃速对烟火药水下燃烧声辐射特性影响 66
4.5.4 高热剂含量对烟火药水下燃烧声辐射特性影响 67
4.6 基于高速摄影的烟火药水下燃烧喷口气泡与噪声研究 70
4.6.1 实验原理 70
4.6.2 实验 71
4.6.3 结果分析与讨论 72
4.6.4 与相关文献理论模型的比较分析 75
4.6.5 小结 76
4.7 燃烧装置喷管口径对声辐射特性的影响 77
4.8 水下燃烧烟火药药柱直径对声辐射特性的影响 80
4.9 烟火药水下燃烧声效应的有效作用时间研究 82
4.9.1 概述 82
4.9.2 烟火药水下燃烧声效应的有效作用时间的定义 83
4.9.3 原始数据的采集与分析 83
4.9.4 基于Pulse Labshop软件的测试分析 86
4.10 本章小结 89
参考文献 90
第5章 烟火药水下燃烧装置喷口处所形成的气泡特性研究 93
5.1 引言 93
5.2 烟火药水下燃烧与气泡形成的过程分析 93
5.3 燃烧装置喷口处所形成的气泡动力学与声辐射模型 94
5.3.1 物理模型 94
5.3.2 数学模型 95
5.4 模型的求解 103
5.4.1 模型求解方法 103
5.4.2 模型求解的初始条件 103
5.5 模型计算结果及验证 104
5.5.1 模型的计算结果 104
5.5.2 验证实验结果 104
5.5.3 计算结果与实验结果及文献的比较验证 107
5.6 分析与讨论 109
5.6.1 燃烧深度对气泡特性的影响 109
5.6.2 药柱密度对气泡特性的影响 112
5.6.3 药柱的横截面积对气泡特性的影响 114
5.6.4 燃烧装置的喷口面积对气泡特性的影响 116
5.6.5 燃烧产物的比热比对气泡特性的影响 118
5.6.6 初始自由容积对气泡特性的影响 121
5.6.7 水的初始温度对气泡特性的影响 123
5.7 本章小结 125
参考文献 126
第6章 烟火药水下燃烧单个高温气泡的动力学基础理论 128
6.1 引言 128
6.2 单个高温气泡上升过程中的受力分析 128
6.2.1 加速阶段气泡的受力分析 128
6.2.2 匀速阶段气泡的受力分析 132
6.3 基于受力分析的单个高温气泡体积的计算模型 133
6.4 水下高温产物形成的单气泡动力学方程 134
6.4.1 Rayleigh-Plesset方程 134
6.4.2 基于Rayleigh-Plesset方程的气泡破碎理论 136
6.5 本章小结 139
参考文献 140
第7章 烟火药水下燃烧单个高温气泡上升行为的数值模拟 141
7.1 引言 141
7.2 数值模拟方法 141
7.2.1 流体体积函数法 141
7.2.2 气泡的流动状态 143
7.3 模拟设置 143
7.3.1 模拟对象与初始条件 143
7.3.2 模型选择与求解方法 144
7.4 单个高温气泡上升时的动力学行为模拟 145
7.4.1 单个高温气泡上升时的形态演变 145
7.4.2 单个高温气泡上升时的速度场 147
7.4.3 单个高温气泡上升时的压力变化 148
7.4.4 单个高温气泡上升时温度场的演变 150
7.4.5 温度梯度对气泡形变特性的影响 151
7.4.6 压力梯度对气泡形变特性的影响 152
7.4.7 单个高温气泡上升时的体积变化 153
7.5 本章小结 155
参考文献 155
第8章 烟火药水下燃烧高温粒子产物与水作用的气泡特性研究 156
8.1 引言 156
8.2 烟火药水下燃烧高温粒子产物与水作用的过程分析 156
8.2.1 国内外相关研究概况 156
8.2.2 烟火药水下燃烧高温粒子产物与水的作用过程及物理模型 158
8.3 烟火药水下燃烧高温粒子产物与水作用的气泡动力学模型 159
8.3.1 基本假设 159
8.3.2 模型的建立 160
8.3.3 模型的求解方法及相关参数分析 165
8.3.4 计算结果与比较 166
8.4 分析与讨论 168
8.4.1 高温粒子产物初始温度对气泡特性的影响 169
8.4.2 高温粒子产物半径对气泡特性的影响 171
8.4.3 气泡初始半径对气泡特性的影响 173
8.4.4 燃烧深度对气泡特性的影响 174
8.5 本章小结 176
参考文献 177
第9章 烟火药水下燃烧的发展及展望 180
9.1 引言 180
9.2 烟火药水下不稳定燃烧的机理及抑制研究 180
9.2.1 不稳定燃烧的概念 180
9.2.2 不稳定燃烧的分类 181
9.2.3 烟火药水下不稳定燃烧研究的意义 184
9.2.4 国内外水下不稳定燃烧机理研究的现状 187
9.2.5 国内外水下不稳定燃烧抑制方法研究的现状 197
9.3 烟火药水下燃烧形成的气泡群特性研究 197
9.4 研究展望 199
参考文献 199