普通高等教育创新人才培养规划教材 发射药燃烧学
作者： 余永刚，薛晓春 编
出版时间：2016年版
内容简介
本书介绍了国内外火炮、火箭武器发射药燃烧的新成果，阐述了发射药燃烧机理及特性，主要内容包括：燃烧物理学、燃烧化学热力学和化学动力学的基础知识，固体火药点火、燃烧模型，固体推进剂稳态燃烧特性及理论模型，固体推进剂非稳态燃烧特性及理论模型，液体推进剂的燃烧特性及理论模型等。本书可作为兵器发射理论与技术及相关专业的研究生教材，也可供从事武器弹药科研、生产及试验的工程技术人员参考和使用。
目录
第1章 绪 论………………………………………………………………………… 1
1．1 燃烧科学与含能材料的发展概况………………………………………… 1
1．1．1 燃烧科学概述……………………………………………………… 1
1．1．2 燃烧科学的发展简史……………………………………………… 1
1．1．3 含能材料的发展简史……………………………………………… 2
1．2 燃烧科学的应用与研究方法……………………………………………… 5
1．2．1 燃烧科学的应用…………………………………………………… 5
1．2．2 燃烧理论的研究方法……………………………………………… 6
1．3 着火、熄火的基本概念……………………………………………………… 8
1．3．1 着 火……………………………………………………………… 8
1．3．2 熄 火……………………………………………………………… 10
1．4 火焰的概念及火焰传播现象……………………………………………… 11
1．4．1 火焰的基本概念…………………………………………………… 11
1．4．2 火焰传播现象……………………………………………………… 12
1．5 火焰稳定的原理和方法…………………………………………………… 13
1．5．1 火焰稳定的基本条件……………………………………………… 13
1．5．2 预混火焰稳定的特征和条件……………………………………… 14
1．5．3 发射药燃烧火焰的稳定传播……………………………………… 15
1．6 武器系统对发射药燃烧性能的基本要求………………………………… 16
第2章 燃烧物理学基础…………………………………………………………… 18
2．1 多组分反应系统的基本参量及关系式…………………………………… 18
2．2 分子输运基本定律………………………………………………………… 19
2．2．1 牛顿(Newton)黏性定律………………………………………… 19
2．2．2 傅里叶(Fourier)导热定律……………………………………… 19
2．2．3 费克(Fick)扩散定律……………………………………………… 20
2．2．4 多组分气体的交叉输运现象……………………………………… 21
2．3 多组分反应系统的守恒方程……………………………………………… 23
2．3．1 质量守恒方程(连续方程)………………………………………… 23
2．3．2 动量守恒方程……………………………………………………… 25
2．3．3 组分守恒方程(扩散方程)………………………………………… 26
2．3．4 能量守恒方程……………………………………………………… 28
2．3．5 二维平板附面层守恒方程………………………………………… 31
2．4 泽尔多维奇转换和广义雷诺比拟………………………………………… 34
2．4．1 泽尔多维奇转换…………………………………………………… 34
2．4．2 广义雷诺比拟……………………………………………………… 35
2．5 多组分反应系统的相似原理……………………………………………… 35
2．6 斯蒂芬流和相分界面上的边界条件……………………………………… 38
2．6．1 斯蒂芬(Stefan)流………………………………………………… 38
2．6．2 相分界面上的边界条件…………………………………………… 40
第3章 燃烧化学热力学基础……………………………………………………… 42
3．1 生成热、反应热及燃烧热………………………………………………… 42
3．1．1 生成热……………………………………………………………… 42
3．1．2 反应热……………………………………………………………… 44
3．1．3 燃烧热……………………………………………………………… 45
3．2 热化学定律………………………………………………………………… 47
3．2．1 拉瓦锡Ｇ拉普拉斯(Laplace)定律………………………………… 47
3．2．2 盖斯(Hess)定律………………………………………………… 47
3．3 自由能与平衡常数………………………………………………………… 48
3．3．1 热力学平衡与自由能……………………………………………… 49
3．3．2 标准自由能与平衡常数…………………………………………… 50
3．3．3 气体的离解………………………………………………………… 54
3．4 绝热火焰温度的计算……………………………………………………… 55
第4章 燃烧化学反应动力学基础………………………………………………… 58
4．1 化学反应动力学概述……………………………………………………… 58
4．2 化学反应速率……………………………………………………………… 58
4．2．1 基本定义…………………………………………………………… 59
4．2．2 质量作用定律、反应级数和反应分子数………………………… 60
4．3 影响化学反应速率的因素………………………………………………… 62
4．3．1 反应物浓度和摩尔分数对化学反应速率的影响………………… 62
4．3．2 温度对化学反应速率的影响———阿累尼乌斯定律……………… 63
4．3．3 压力对化学反应速率的影响……………………………………… 67
4．4 催化反应…………………………………………………………………… 68
4．4．1 催化作用概述……………………………………………………… 69
4．4．2 催化剂的基本特征………………………………………………… 69
4．4．3 催化反应的一般机理……………………………………………… 70
4．4．4 单相催化反应……………………………………………………… 72
4．5 链式反应…………………………………………………………………… 74
4．5．1 直链反应…………………………………………………………… 75
4．5．2 支链反应…………………………………………………………… 76
4．5．3 退化支链反应……………………………………………………… 78
第5章 固体火药点火、燃烧模型…………………………………………………… 80
5．1 火药的分类及特点………………………………………………………… 80
5．1．1 单基发射药………………………………………………………… 80
5．1．2 双基发射药………………………………………………………… 81
5．1．3 三基发射药………………………………………………………… 83
5．2 黑火药燃烧特性…………………………………………………………… 83
5．2．1 黑火药点火特性…………………………………………………… 83
5．2．2 黑火药传火现象…………………………………………………… 85
5．2．3 黑火药燃烧现象…………………………………………………… 86
5．2．4 黑火药的点火和燃烧反应………………………………………… 91
5．3 火药点火方法及影响因素………………………………………………… 92
5．3．1 点火本质…………………………………………………………… 93
5．3．2 枪炮发射药装药的点火…………………………………………… 93
5．3．3 影响点火过程的因素……………………………………………… 94
5．4 火药的点火模型…………………………………………………………… 96
5．4．1 点火理论模型……………………………………………………… 96
5．4．2 点火理论及模型的比较…………………………………………… 99
5．5 固体火药高压燃烧特性………………………………………………… 100
5．5．1 密闭爆发器中火药特征参数的计算…………………………… 100
5．5．2 常规的燃速处理方法与结果…………………………………… 101
5．5．3 火药实际燃烧规律与几何燃烧定律的误差分析……………… 102
第6章 固体推进剂稳态燃烧特性及理论模型…………………………………… 107
6．1 固体推进剂的分类及特点……………………………………………… 107
6．1．1 双基推进剂……………………………………………………… 107
6．1．2 复合推进剂……………………………………………………… 108
6．1．3 复合改性双基推进剂…………………………………………… 111
6．1．4 NEPE推进剂…………………………………………………… 112
6．2 固体推进剂燃烧波结构及特点………………………………………… 113
6．2．1 双基推进剂……………………………………………………… 113
6．2．2 AP复合推进剂………………………………………………… 116
6．2．3 复合改性双基(CMDB)推进剂………………………………… 117
6．2．4 硝胺复合推进剂………………………………………………… 119
6．3 固体推进剂燃烧波结构的测试方法…………………………………… 119
6．3．1 燃烧区温度分布的测定………………………………………… 120
6．3．2 燃烧区内化学组分的测定……………………………………… 123
6．3．3 燃烧波物理结构的测试方法…………………………………… 124
6．4 固体推进剂的燃烧速度………………………………………………… 126
6．4．1 推进剂燃烧速度的概念………………………………………… 126
6．4．2 推进剂燃速的测试方法………………………………………… 126
6．4．3 压力对燃速的影响……………………………………………… 132
6．4．4 推进剂初温对燃速的影响……………………………………… 133
6．5 双基推进剂稳态燃烧理论模型………………………………………… 134
6．5．1 久保田和萨默菲尔德模型……………………………………… 134
6．5．2 维留诺夫模型…………………………………………………… 138
6．5．3 库恩模型………………………………………………………… 139
6．6 复合推进剂稳态燃烧理论模型………………………………………… 144
6．6．1 粒状扩散火焰模型(GDF)……………………………………… 144
6．6．2 BDP多层火焰燃烧模型………………………………………… 147
6．7 AP/HTPB复合推进剂一维稳态燃烧的数值模拟…………………… 150
6．7．1 物理模型………………………………………………………… 150
6．7．2 数学模型………………………………………………………… 151
6．7．3 数值模拟结果与分析…………………………………………… 153
6．8 AP/HTPB复合推进剂二维稳态燃烧的数值模拟…………………… 156
6．8．1 物理模型………………………………………………………… 156
6．8．2 数学模型………………………………………………………… 156
6．8．3 网格划分与求解参数设置……………………………………… 159
6．8．4 数值模拟结果与分析…………………………………………… 159
第7章 固体推进剂非稳态燃烧特性及理论模型………………………………… 170
7．1 固体推进剂非稳态燃烧实验装置……………………………………… 170
7．2 AP/HTPB推进剂非稳态燃烧特性…………………………………… 171
7．3 AP/HTPB推进剂一维非稳态燃烧模型……………………………… 180
7．3．1 物理模型………………………………………………………… 180
7．3．2 数学模型………………………………………………………… 181
7．3．3 计算结果与分析………………………………………………… 182
7．4 AP/HTPB推进剂二维非稳态燃烧模型……………………………… 187
7．4．1 物理模型………………………………………………………… 187
7．4．2 数学模型………………………………………………………… 188
7．4．3 计算结果与分析………………………………………………… 189
7．5 AP/HTPB推进剂降压熄火简化模型………………………………… 194
7．5．1 AP/HTPB推进剂熄火临界条件……………………………… 195
7．5．2 计算结果与分析………………………………………………… 195
第8章 液体推进剂燃烧特性及简化模型………………………………………… 198
8．1 液体推进剂的分类及性能……………………………………………… 199
8．1．1 单元液体推进剂………………………………………………… 199
8．1．2 双元液体推进剂………………………………………………… 200
8．2 HAN 基液体推进剂高压热物理性质的估算………………………… 202
8．2．1 热力学性质……………………………………………………… 202
8．2．2 输运性质………………………………………………………… 206
8．3 HAN 基液体推进剂液滴的燃烧特性………………………………… 208
8．3．1 液滴燃烧实验装置……………………………………………… 208
8．3．2 HAN 基液滴燃烧特性………………………………………… 209
8．4 HAN 基液体推进剂液滴燃烧的简化模型…………………………… 211
8．4．1 物理模型………………………………………………………… 211
8．4．2 数学模型………………………………………………………… 212
8．4．3 与实验结果的比较……………………………………………… 214
8．5 影响液体推进剂燃速的环境因素……………………………………… 215
8．5．1 液体推进剂的燃烧速度………………………………………… 215
8．5．2 压力对液体推进剂燃速的影响………………………………… 215
8．5．3 初温对液体推进剂燃速的影响………………………………… 216
8．6 液体推进剂线燃速的测量装置和工作原理…………………………… 216
8．6．1 测量装置………………………………………………………… 216
8．6．2 高恒压环境的两种设计方法…………………………………… 218
8．7 液体推进剂线燃速的测量结果………………………………………… 222
8．7．1 液体推进剂AF 315的实验结果与数据处理………………… 222
8．7．2 液体推进剂LP1846的实验结果与数据处理………………… 223
8．8 HAN 基液体推进剂的一维燃烧波结构……………………………… 224
8．9 HAN 基液体推进剂高压稳态燃烧的一维简化模型………………… 226
8．9．1 物理模型………………………………………………………… 226
8．9．2 数学模型………………………………………………………… 227
8．9．3 计算结果与分析………………………………………………… 229
参考文献……………………………………………………………………………… 231
