兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 240611-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0611
胡木林1, 武毅1,2,*(), 王行远1, 郭松林1, 于俊艺1
收稿日期:
2024-07-22
上线日期:
2025-08-12
通讯作者:
基金资助:
HU Mulin1, WUYi1,2,*(), WANG Xingyuan1, GUO Songlin1, YU Junyi1
Received:
2024-07-22
Online:
2025-08-12
摘要:
混合工艺作为固体推进剂制备的重要工序,一般是指将Al、AP、RDX等颗粒相加入到高分子黏合剂基体中,经机械捏合、搅拌使黏合剂浆料涂敷在固体粒子表面的过程。基于Mixture固-气-液多相流模型,进行固体颗粒相加注混合釜中的扩散伴随桨叶动态捏合过程的数值仿真研究。开展不同固含量(0%~95%)药浆的动态流变测量实验,构建了药浆流变模型;考虑颗粒浓度动态变化对局部流变特性影响,开展了不同颗粒加注流量的混合动态过程仿真。分析不同工况条件下颗粒浓度、压力场和扭矩随时间的变化规律。实验结果表明:建立的数值仿真方法与文献实验结果对比,平均误差在15%内,具有良好的一致性;混合过程中近、远桨叶叶尖处的挤压力最大,而叶中部存在低压区;混合过程中,桨叶扭矩呈锯齿状波动变化,随着颗粒相的加注,扭矩逐渐增大;固体颗粒相加注流量小幅增大时,扭矩变化较小;加注流量大幅增大时,扭矩增幅可达90%。连续加料混合过程中远心桨的扭矩值持续上升,最终平均值可达初始阶段的19倍。所得成果可为固体推进剂的混合工艺效率提升和安全性研究提供参考。
中图分类号:
胡木林, 武毅, 王行远, 郭松林, 于俊艺. HTPB/Al/AP/RDX固体推进剂动态混合过程数值仿真[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240611-.
HU Mulin, WUYi, WANG Xingyuan, GUO Songlin, YU Junyi. Numerical Simulation of the Dynamic Mixing Process of HTPB/Al/AP/RDX Solid Propellant[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(7): 240611-.
组别 | Al粉/% | AP/% | RDX/% | HTPB/% | 固含量 /% |
---|---|---|---|---|---|
a | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 |
b | 18 | 7 | 0 | 75 | 25 |
c | 18 | 42 | 0 | 40 | 60 |
d | 18 | 46 | 31 | 5 | 95 |
表1 流变实验药浆组成与含量
Table 1 Composition and content of rheological experimental propellant slurry
组别 | Al粉/% | AP/% | RDX/% | HTPB/% | 固含量 /% |
---|---|---|---|---|---|
a | 0 | 0 | 0 | 100 | 0 |
b | 18 | 7 | 0 | 75 | 25 |
c | 18 | 42 | 0 | 40 | 60 |
d | 18 | 46 | 31 | 5 | 95 |
序号 | 入口数 | 粉末加注 速度mm/s | 工序 |
---|---|---|---|
1 | 15 | 12.5 | 加注+混合46.8s |
2 | 15 | 15 | 加注+混合39s |
3 | 15 | 17.5 | 加注+混合33.43s |
4 | 15 | 20 | 加注+混合29.25s |
5 | 7 | 32.5 | 加注+混合39s |
6 | 15 | 15 | 加注+混合Al粉7.45s |
混合直至均匀 | |||
加注+混合AP 24.89s | |||
混合直至均匀 | |||
加注+混合RDX 6.66s | |||
混合直至均匀 |
表2 工况设置
Table 2 Working condition settings
序号 | 入口数 | 粉末加注 速度mm/s | 工序 |
---|---|---|---|
1 | 15 | 12.5 | 加注+混合46.8s |
2 | 15 | 15 | 加注+混合39s |
3 | 15 | 17.5 | 加注+混合33.43s |
4 | 15 | 20 | 加注+混合29.25s |
5 | 7 | 32.5 | 加注+混合39s |
6 | 15 | 15 | 加注+混合Al粉7.45s |
混合直至均匀 | |||
加注+混合AP 24.89s | |||
混合直至均匀 | |||
加注+混合RDX 6.66s | |||
混合直至均匀 |
组成 | 黏合剂 (液相) | AL颗粒相 (d=10μm) | AP颗粒相 (d=100μm) | RDX颗粒相 (d=100μm) |
---|---|---|---|---|
含量% | 24 | 18 | 46 | 12 |
表3 固体推进剂药浆组成与含量
Table 3 Composition and content of solid propellant slurry
组成 | 黏合剂 (液相) | AL颗粒相 (d=10μm) | AP颗粒相 (d=100μm) | RDX颗粒相 (d=100μm) |
---|---|---|---|---|
含量% | 24 | 18 | 46 | 12 |
组别 | 网格数 | 远心桨扭矩/(N·m) | 偏差/% |
---|---|---|---|
网格1 | 2×105 | 0.000295 | -8.3 |
网格2 | 3×105 | 0.000321 | -0.3 |
网格3 | 4×105 | 0.000324 | 0.6 |
网格4 | 7×105 | 0.000322 | 0 |
表4 不同网格数远心桨扭矩对时间平均值
Table 4 Time averaged values of centrifugal propeller torque with different grid numbers
组别 | 网格数 | 远心桨扭矩/(N·m) | 偏差/% |
---|---|---|---|
网格1 | 2×105 | 0.000295 | -8.3 |
网格2 | 3×105 | 0.000321 | -0.3 |
网格3 | 4×105 | 0.000324 | 0.6 |
网格4 | 7×105 | 0.000322 | 0 |
图11 不同加注流量20s时刻混合釜内与20mm高度横截面压强、颗粒浓度分布
Fig.11 Distribution of pressure and particle concentration in the mixing pot at 20s at different injection speeds:in the mixing pot,at the cross section with a height of 20mm
图13 入口数7和入口数15混合釜在32s、34s、36s时刻固体粉末分布三维云图与20mm高度横截面粉末分布
Fig.13 Particle distributions in the mixing pot and at the cross section with a height of 20mm with 7 inlets and 15 inlets at 32s,34s,and 36s
图14 入口数7和入口数15混合釜在32s、34s、36s时刻压强三维云图与20mm高度横截面压强分布
Fig.14 Pressure distributions in the mixing pot and at the cross section with a height of 20mm with 7 inlets and 15 inlets at 32s,34s,and 36s
曲线编号 | 扭矩平均值/(N·m) | 与曲线I相比增幅/% |
---|---|---|
I | 0.033299 | |
II | 0.091416 | 174.5 |
III | 0.175965 | 428.4 |
IV V VI | 0.506172 0.489363 0.639475 | 1420.1 1369.6 1820.4 |
表5 I~VI曲线远心桨扭矩平均值
Table 5 I-VI curve average value of centrifugal propeller torque
曲线编号 | 扭矩平均值/(N·m) | 与曲线I相比增幅/% |
---|---|---|
I | 0.033299 | |
II | 0.091416 | 174.5 |
III | 0.175965 | 428.4 |
IV V VI | 0.506172 0.489363 0.639475 | 1420.1 1369.6 1820.4 |
图17 III阶段AP颗粒分布三维云图(上)与20mm高度处平面分布云图(下)
Fig.17 Three-dimensional cloud map of AP particle distribution in Stage III (upper) and plane distribution cloud map at a height of 20mm(below)
图18 III阶段Al颗粒分布三维云图(上)与20mm高度处平面分布云图(下)
Fig.18 Three-dimensional cloud map of Al particle distribution in Stage III (upper) and plane distribution cloud map at a height of 20mm(below)
图19 V阶段AP颗粒分布三维云图(上)与40mm高度处平面分布云图(下)
Fig.19 Three dimensional cloud map of AP particle distribution in Stage V (upper) and plane distribution cloud map at a height of 40mm(below)
图20 V阶段RDX颗粒分布三维云图(上)与40mm高度处平面分布云图(下)
Fig.20 Three-dimensional cloud map of RDX particle distribution in Stage V (upper) and plane distribution cloud map at a height of 40mm(below)
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