PDF《含能材料热安全性的预测方法》

文章编号:1

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0 3 含能材料热安全性的预测方法 王耘1 ,冯长根1 ,郑娆2 (

1 .

北京理工大学机电工程学院, 北京

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8 1 ;

2 .北京化工大学机械工程学院, 北京

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8 1 ) 摘要:根据分解反应动力学分析了含能材料在绝热和近似绝热条件下的热分解反应.结果表 明, 在该条件下含能材料发生的热分解反应只与材料本身的特性相关, 而与外界环境的影响无关, 利用热分解反应的特征来评价含能材料本身的热安全特性, 得出了含能材料开始发生热分解反应 初始温度的计算公式. 关键词:含能材料;

热分解;

热安全性;

评价方法 中图分类号:O

6 5

7 .

3 文献标识码:A 收稿日期:2

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0

0 4

1 2 ;

修回日期:2

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0 7

0 8 基金项目:国家自然科学基金资助项目(

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0 4 ) 作者简介:王耘(

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7 3-) , 男, 博士, 从事有机物的稳定性及生 物活性研究.

1 引言含能材料在生产、 贮存、 运输和使用过程中经常受 到多种外界能量剌激, 其中热是最普遍也是导致事故 最多的一种能量形式[ 1~

3 ] .由于含能材料对热的响应 方式非常复杂, 因此研究含能材料热安全性及其评价 方法尤为重要.目前在评价含能材料的热安全性时倾 向于使用绝热评价方法, 其中使用较为广泛的有以下 几种: (

1 )自加速分解温度试验[

4 ] , 研究在贮藏过程中 由于自热分解产生的热量在体系内积蓄而引起的自 燃. (

2 )B A M蓄热贮存试验[

5 ] , 研究有机过氧化物或 其他热不安定物质发生放热分解时的最低危险温度. (

3 )绝热贮存试验( A S T ) [

6 ] , 测定在接近绝热条 件下物质反应或分解产生的热与温度的关系, 可在 -

2 0~

2 0 0℃范围内进行测定. (

4 )等温贮存试验[

6 ] , 测定在恒温下物质反应或 分解产生的热量和时间的关系. 虽然上述方法可以得到较为精确的结果, 但试验 成本高, 危险性较大, 生产部门很难及时取得所需的数 据.作者从分析绝热条件下的热分解 反应动力学入手, 利用材料的物理化学特性参数计算了含能材料在 绝热条件和近似绝热条件下发生热分解反应的初始温 度.这对生产设备的散热设计及含能材料的热安全性 评价具有重要的指导意义.就测试评价方法而言, 也 能够提供设定实验条件的参考数据.

2 绝热条件下化学反应动力学原理 在绝热条件下单位体积内进行的化学反应, 由质 量守恒和能量守恒原理可得如下方程组: d c d t =-k ・g ( c ) (

1 ) ms C s d T d t =Q ・ d c d t (

2 ) k=A e x p ( - E R T ) (

3 ) 初始条件为:c =c

0 , t =

0 ;

T=T

0 , t =

0 . 式中, c 是反应物的浓度, c

0 是反应物的初始浓度, t 是 反应时间, k 是速率常数, g ( c ) 是以反应物浓度表示的 反应机理函数, ms是反应物的总质量, C s 是反应体系 的平均比热容, T是反应体系的温度, T

0 是反应开始时 的体系温度, Q是每摩尔反应物放出的热量, E是反应 的表观活化能, A是指前因子, R是普适气体常数. 取反应体系的平均比热容 C s为常数, 则由方程组 可知: d c d t ∝ d T d t (

4 ) 第 8卷 第 3期

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0 0年 9月 含能材料ENERGETICMA T E R I A L S V o l .

8 ,N o .

3 S e p t e m b e r ,