超高压水射流形成过程中的压力损失研究

 对超高压水射流形成过程中的压力损失进行了理论研究,并且对不同条件下超高压水射流速度的变化规律进行了实验研究,最后确定了不同条件下超高压水射流的初始参数。结果显示,在超高压水射流形成过程中,压力损失主要是在水流从高压管道进入高压喷嘴时由于流道发生断面收缩而造成的,压力损失大约为最终超高压水射流动能密度的49%;随着喷嘴口径的增大,压力损失减小,整个系统的能量利用率越高;随着水射流压力的增大,压力损失增大,但增大的程度会减小。     

飞秒激光烧蚀含能材料的分子动力学模拟

为了得到飞秒激光侵蚀(FLA)1, 3二硝基甲苯(简称DNB,分子式：C₆H₄N₂O₄),六硝基六氮杂异伍兹烷(简称CL20,分子式：C₆H₆N₁₂O₁₂)和CL20/DNB共晶系统的物理和化学响应过程,本文采用ReaxFF/lg反应力场对其过程进行模拟。计算结果表明,CL20/DNB系统的温度和压力在飞秒激光加载过程中出现阶跃,激光加载过程后系统有一个冷却过程,然后系统的温度和压力逐渐升高达到最大值并维持平衡。研究发现,在此过程中CL20和CL20/DNB系统触发反应均为CL20分子中的N―NO₂断裂。CL20系统的分解速率大于CL20/DNB共晶系统,这可能是因为共晶系统在反应初期具有大量的DNB分子以及分解产物中含有比较稳定的苯环减少了CL20及其产物之间的有效碰撞。     

扩展卟啉分子的多光子吸收特性

发展关联电子体系的多参考组态相互作用方法, 应用态求和的张量方法, 计算研究了三种扩展卟啉分子的多光子吸收特性. 计算结果表明, 通过中间插入噻吩杂环基团, 扩展卟啉分子的双光子和三光子吸收峰发生较大红移, 对应的吸收截面得到显著的提高, 并且三光子吸收截面的增加更为明显; 但是由于卟啉环扩大导致分子平面发生扭曲, 三光子吸收截面的增大趋势明显减弱.     

耦合方法在超高速碰撞数值模拟中的应用

 相比于传统的数值方法，无网格光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）更适合模拟超高速碰撞问题，它能够清晰地模拟材料界面，并且能够克服中网格大变形导致的数值不稳定。然而在SPH方法中，为了得到t时刻一个节点上的物理量，需要先找出与它相互作用的临近节点，导致计算速度很慢，计算所需的时间远远大于有限元方法所需的时间。采用SPH与Lagrange法相耦合的方法对3D超高速碰撞过程进行了模拟研究。计算结果表明：SPH与Lagrange法耦合方法的计算结果与SPH计算结果精度接近，并且能够大大地节省计算时间。     

定常冲击波作用下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/奥克托今(HMX)含能共晶初始分解机理研究

采用ReaxFF分子动力学方法同时结合多尺度冲击技术(MSST)模拟了4–10 km×s~(-1)定常冲击波加载下含能共晶CL-20/HMX沿不同晶格矢量的初始物理化学响应。获得了系统温度、压力、密度以及粒子速度的时间演化路径,以及初始分解路径,最终稳定反应产物和冲击雨贡纽等。研究结果表明:冲击波入射至含能共晶后,物理上依次经历诱导期、快压缩、慢压缩以及膨胀过程。快压缩和慢压缩过程分别对应反应物的快分解和慢分解。采用指数函数对反应物的衰减曲线进行拟合,并比较了共晶中反应物的衰减速率。整体上,随着冲击波速度的增加,反应物响应的时间逐渐提前,并且,冲击波沿各晶格矢量入射后,共晶中CL-20分子分解的响应时间均早于HMX。CL-20快分解阶段的衰减速率最高,HMX快分解的衰减速率居其次。相对于快分解阶段,慢分解阶段各反应物的衰减速率差异较小。含能共晶的初始反应路径是CL-20聚合形成二聚体,而冲击诱导共晶分解的初始反应路径是CL-20中N-NO_2键断裂形成NO_2。随后产生N_2O,NO,HONO,OH,H等中间小分子。最终稳定产物是N_2,H_2O,CO_2,CO和H_2。晶格矢量b,c方向冲击感度相同,低于晶格矢量a方向的感度。冲击诱导共晶中CL-20和HMX分解的最小冲击波速度(us)分别为6 km×s~(-1)和7 km×s~(-1)。采用冲击雨贡纽关系计算得到沿晶格矢量a,b,c冲击诱导CL-20/HMX共晶起爆的压力分别为16.52 GPa,17.41 GPa和17.41 GPa。爆轰压力范围介于36.75 GPa–47.43 GPa。     

CL20/DNB共晶的热感度分子动力学研究

共晶技术大幅提高了六硝基六氮杂异伍兹烷（CL20）的热稳定性而且保留了CL20高爆速、高爆压等特性.为了研究CL20/1,3-硝基甲苯（DNB）共晶的热感度降低的原因,采用ReaxFF/lg反应力场模拟CL20/DNB共晶、CL20/TNT共晶、CL20单晶以及DNB单晶系统的热分解过程.研究发现： CL20/DNB共晶的热感度低于CL20/TNT共晶和CL20单晶的热感度,但高于DNB单晶的热感度.通过分析CL20单晶和CL20/DNB共晶的初始反应路径,揭示了共晶有效降低CL20热感度的机理.CL20/DNB共晶和CL20热分解具有相似的主要产物,NO₂、NO₃、N₂、N₂O₂、HNO、H₂O、CO₂和HONO等,通过反应动力学分析得到CL20/DNB共晶和CL20的活化能.     

高速冲击压缩梯恩梯的分子动力学模拟

采用反应力场分子动力学方法模拟了梯恩梯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT) 冲击压缩过程. 冲击压缩完全时,体积压缩至原体积40%,梯恩梯分子分解完毕,体系压力达到峰值. 随后稀疏波反向拉伸致大量原子或分子基团飞溅至下游,同时压力开始卸载. 密度及粒子速度剖面显示压缩波后方密度较大,粒子基本处于静止状态,且压缩波内存在较大的粒子速度梯度. 早期化学反应特征是梯恩梯分子在冲击压缩作用下脱落H,O 原子后残基快速聚合形成较大的分子团簇,此阶段和平动—振动弛豫过程相关,并且分子由平动—振动模态转换的时间尺度为0.5 ps. 产物识别分析显示梯恩梯在高速冲击压缩下致C—H,O＝N 键断裂,脱落的原子部分形成OH,H₂,H₂O,N₂,部分H,O 原子游离在体系中. 含碳团簇分析显示,冲击压缩作用致体系中含碳团簇的摩尔质量逐渐累积. 体系内含碳团簇中O/C,H/C,N/C 原子数量比值逐渐趋于平衡(O/C=0.680,H/C=0.410,N/C=0.284),且均小于初始结构中的比值.