示踪剂对化学敏化乳化炸药性能的影响及其安检灵敏度研究
这是一篇关于乳化炸药,热分析,爆炸性能,示踪检测,感度的论文, 主要内容为炸药被广泛应用于航天航空、军事对抗、矿山开采和建筑物拆除等领域。随着常见炸药配方的普及,再加上制作方法较为简单,对世界公共安全造成了巨大的威胁,因此爆炸物能否被快速、精准、安全的检测出来是长期以来社会各界广泛关注的一个问题。本文将某种具备优良稳定性的稀土元素氧化物作为炸药的示踪标识物(以下称示踪剂),加入到当前最常用的工业炸药-乳化炸药中,开展了一系列试验研究。为了研究示踪剂对化学敏化乳化炸药的性能影响和安检灵敏度,在化学敏化乳化炸药的制备过程中分别加入了0%、1%、3%、5%质量分数的示踪剂,并标记为1#、2#、3#和4#样品,对各样品进行爆炸性能和热分解试验研究,主要包括:爆速实验、猛度实验、球形药包空中爆炸实验和铁板实验;利用STA同步热分析仪和C80微量量热仪,对4种样品基质分别进行了不同升温速率下的热失重(TG)实验和微量量热实验。将加入0.05%示踪剂的乳化炸药使用泡沫板、塑料薄膜和行李箱等常见材料进行包覆阻隔,通过X射线荧光光谱仪,进行不同激发电压和电流下的示踪灵敏度探测实验。实验主要结论如下:(1)少量示踪剂的加入对化学敏化乳化炸药的微观结构、爆炸性能和热感度未造成明显影响。随着示踪剂质量分数的增加,化学敏化乳化炸药微观结构中敏化气泡的数量和尺寸未发生明显变化,观测到的气泡直径均在100μm以下,均为可形成热点的有效敏化气泡。相较于1#样品,2#样品的铅柱压缩量下降了1.115 mm,爆速上升44m/s;3#样品的铅柱压缩量下降了0.581mm,爆速上升143 m/s;4#样品的铅柱压缩量下降了0.45 mm,爆速上升56m/s。2#、3#、4#样品相较于1#样品,空中爆炸峰值超压依次下降了3.2%、2.9%和5.4%,在200℃恒温加热下,4种样品均没有出现燃烧或者爆炸现象,表现出良好的感度。(2)4种乳化炸药基质试样的热失重曲线均可划为三个阶段,且趋势一致。通过对同一升温速率下的四种试样进行TG-DTG分析,DTG峰温差值?Tmax仅为5.3℃。随着示踪剂含量由0%提高到5%,试样的动力学机理函数由一维扩散模型变为三维扩散模型。4种乳化炸药基质试样C80热流曲线趋势一致,在270℃左右,呈现出一个尖锐的放热峰,且在达到峰值之前一直增加。结合RRI计算,结果表明1#-4#试样的反应性风险指数总体呈现出下降趋势。(3)示踪剂的X射线特征荧光具备良好的穿透性,能够被准确的检测出。同一包覆介质中,在相同激发电流条件下,随着电压值的增加,Net Rate、Net Area、Gross Area等参数都逐渐增加;荧光强度随着激发电流的增大不断增加,相较于空白对照组,有阻隔介质的实验组荧光强度增幅明显。通过对计数率进行比较得出,激发能量在15.4-17.9keV和19.27-202.22keV范围内,乳化炸药内含的示踪剂均可以被有效探测出,最佳激发能量为17.3824 keV。
10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体热分析与实验研究
这是一篇关于超导磁体,传导冷却,液氦温区,热分析的论文, 主要内容为超导技术的应用越来越广泛,其中超导磁体应用是一个主攻方向。超导螺线管磁体作为大型超导磁体之一,因其突出的无阻载流能力优势,常用作高能加速器组件。现如今,工程上追求更优质的中心磁场与均匀度。在为超导磁体提供温度条件的低温恒温器方面,制冷机直接降温的传导冷却型系统,具有更简单的结构与更安全的工作状态,且无需液体工质的添加与更换,使之在未来超导磁体结构设计中占据主导地位。而传导冷却型超导磁体,若设计不当将导致磁体运行时温升过高超过制冷机冷量极限,严重时会导致超导线圈损毁,因此在设计阶段,提前开展磁体系统热分析成为极为重要的环节。为此,本文基于强流重离子加速器装置驱动项目HIAF(Heavy Ion Accelerator Facility),对采用制冷机进行传导冷却的高场超导螺线管磁体设计阶段进行了传热分析与实验研究。首先设计了一台传导冷却型低温系统,探究并验证传导冷却型超导磁体的传热分析方法。根据参数化模型的传热计算结果确定了制冷机型号为KDE422SA型GM双级制冷机。通过对冷屏与样品台进行降温后温度分布模拟发现,冷屏可实现最低温度为39.46K,最大温差0.83 K,样品台可实现最低温度为2.38 K,最大温差0.003 K,温度分布均匀性满足目标要求。通过多次降温与控温实验发现,冷屏最低温度可达39 K,样品台最低温度可达2.3 K。实验结果与模拟结果吻合良好,冷屏温度误差不超过1.5 K,最大相对误差为3.52%,样品温度误差不超过0.01 K,最大相对误差为0.25%,温度分布均匀性满足系统要求,验证了传热分析方法的准确性。同时,成功实现了280~50 K温度范围内的12个温度点精准控温,实验控温效果良好,验证了装置控温可靠性。基于已验证的传热分析方法,实现结构更为复杂的10 T传导冷却型超导磁体结构的传热计算。对磁体系统、线圈组件、引线在降温稳定后静态工况下以及142.6 A稳定运行电流下温度分布进行模拟,结果表明系统能够满足磁体正常工作温度。通过研究冷屏在采用不同材料,同种边界条件情况下以及考虑接触热阻与忽略接触热阻情况下的温度分布情况,最终确定采用Al 1100作为冷屏主体材料,并辅以紫铜与部分无氧铜。此外,对该磁体系统已选用制冷机进行了冷量核算,结果表明已选用型号为SRDK-415D GM的制冷机满足制冷要求。完成10 T传导冷却型超导磁体降温及励磁实验研究,降温时长约52.5小时,一级冷头最低温度28 K,二级冷头附近各组件最低温度2.5 K。降温稳定后,对磁体进行先后三次差别加电速率励磁至所需中心磁场(142.6 A-10 T),并在达到设计电流后稳流10min再以同样速率进行退电操作。励磁过程中温度波动始终低于磁体正常工作温度,表明磁体热设计合理。对励磁过程中二级冷头部件温度变化模拟值与实验值进行对比发现,整体励磁过程中实验值曲线与模拟值曲线趋势近似,最大误差在0.6~0.7 K之间,最大相对误差为12.4%,吻合良好,表明磁体系统磁场和低温性能均达到设计指标,符合磁体热磁设计要求,可以正常投入使用。
高性能低压电驱动系统研究与设计
这是一篇关于低电压,电驱动系统,绕组切换,不均匀气隙,热分析的论文, 主要内容为随着电动汽车的快速发展,电驱动系统成为汽车行业的研究热点。相较于高压电驱动系统,低压电驱动系统具有高安全性、高可靠性、低成本、电磁兼容性好等优势,在未来具有很大的应用前景。本文对低压电驱动系统进行了研究,设计了一款高性能低压电驱动系统,对双绕组切换型驱动电机的磁路结构、运行性能、风冷及水冷结构进行设计与分析,制作样机并搭建低压电驱动系统实验平台进行相关实验。主要内容如下:(1)根据高性能低压电驱动系统的动力性能需求,提出驱动电机采用双绕组切换设计并进行了理论分析。基于给定的驱动电机基本参数,对电机进行磁路结构设计。为实现双绕组切换的便捷性,设计了手动/自动绕组切换控制系统并给出双绕组切换额定转速点的选择依据。为了降低电机温升,设计了机壳轴向水冷结构,为了对比机壳轴向水冷与机壳周向水冷的散热效果,设计了机壳外壁嵌入铜管结构模拟机壳周向水冷。(2)采用不均匀气隙对双绕组切换型驱动电机性能进行优化,分析了不同转子外凸距离对电机性能的影响,结果表明不均匀气隙可以降低电机的齿槽转矩、转矩脉动、反电动势谐波含量等。其次,研究了双绕组切换设计对电机运行性能的影响,对比分析了绕组串并联模式下电机运行性能,结果表明双绕组设计可以拓宽电机转速、转矩区间,使电机具备低速大扭矩、高速小扭矩的运行特性。然后,研究了双绕组切换对电机损耗及效率的影响,对比分析了额定工况下绕组串并联模式下电机的损耗,结果表明并联模式下电机损耗较低。最后,分析了绕组串并联模式下电机的效率MAP图,结果表明双绕组切换设计可以拓宽电机的高效率区间,提升电驱动系统一次充换电的续航里程。(3)基于双绕组切换型驱动电机水冷结构设计及损耗分析结果,对电机自然风冷、水冷散热的温度分布进行研究。基于热分析相关原理,确定了电机热分析模型及求解条件,分析了自然风冷下电机各零部件的温度分布。基于流固耦合基本理论,确定了机壳轴向水冷与模拟机壳周向水冷结构中冷却液的进口流速及流动状态,对比分析了两种水冷结构的冷却效果,结果表明:机壳轴向水冷结构的散热效果明显优于模拟机壳周向水冷结构的散热效果,采用机壳轴向水冷结构可以保证电机各零部件温度均低于许用温度,确保电机安全、高效、稳定的运行。(4)制作双绕组切换型电机并调试,搭建高性能低压电驱动系统,对仿真结果进行实验验证,结果表明仿真结果的可靠性。
10T Nb3Sn-NbTi传导冷却型超导磁体热分析与实验研究
这是一篇关于超导磁体,传导冷却,液氦温区,热分析的论文, 主要内容为超导技术的应用越来越广泛,其中超导磁体应用是一个主攻方向。超导螺线管磁体作为大型超导磁体之一,因其突出的无阻载流能力优势,常用作高能加速器组件。现如今,工程上追求更优质的中心磁场与均匀度。在为超导磁体提供温度条件的低温恒温器方面,制冷机直接降温的传导冷却型系统,具有更简单的结构与更安全的工作状态,且无需液体工质的添加与更换,使之在未来超导磁体结构设计中占据主导地位。而传导冷却型超导磁体,若设计不当将导致磁体运行时温升过高超过制冷机冷量极限,严重时会导致超导线圈损毁,因此在设计阶段,提前开展磁体系统热分析成为极为重要的环节。为此,本文基于强流重离子加速器装置驱动项目HIAF(Heavy Ion Accelerator Facility),对采用制冷机进行传导冷却的高场超导螺线管磁体设计阶段进行了传热分析与实验研究。首先设计了一台传导冷却型低温系统,探究并验证传导冷却型超导磁体的传热分析方法。根据参数化模型的传热计算结果确定了制冷机型号为KDE422SA型GM双级制冷机。通过对冷屏与样品台进行降温后温度分布模拟发现,冷屏可实现最低温度为39.46K,最大温差0.83 K,样品台可实现最低温度为2.38 K,最大温差0.003 K,温度分布均匀性满足目标要求。通过多次降温与控温实验发现,冷屏最低温度可达39 K,样品台最低温度可达2.3 K。实验结果与模拟结果吻合良好,冷屏温度误差不超过1.5 K,最大相对误差为3.52%,样品温度误差不超过0.01 K,最大相对误差为0.25%,温度分布均匀性满足系统要求,验证了传热分析方法的准确性。同时,成功实现了280~50 K温度范围内的12个温度点精准控温,实验控温效果良好,验证了装置控温可靠性。基于已验证的传热分析方法,实现结构更为复杂的10 T传导冷却型超导磁体结构的传热计算。对磁体系统、线圈组件、引线在降温稳定后静态工况下以及142.6 A稳定运行电流下温度分布进行模拟,结果表明系统能够满足磁体正常工作温度。通过研究冷屏在采用不同材料,同种边界条件情况下以及考虑接触热阻与忽略接触热阻情况下的温度分布情况,最终确定采用Al 1100作为冷屏主体材料,并辅以紫铜与部分无氧铜。此外,对该磁体系统已选用制冷机进行了冷量核算,结果表明已选用型号为SRDK-415D GM的制冷机满足制冷要求。完成10 T传导冷却型超导磁体降温及励磁实验研究,降温时长约52.5小时,一级冷头最低温度28 K,二级冷头附近各组件最低温度2.5 K。降温稳定后,对磁体进行先后三次差别加电速率励磁至所需中心磁场(142.6 A-10 T),并在达到设计电流后稳流10min再以同样速率进行退电操作。励磁过程中温度波动始终低于磁体正常工作温度,表明磁体热设计合理。对励磁过程中二级冷头部件温度变化模拟值与实验值进行对比发现,整体励磁过程中实验值曲线与模拟值曲线趋势近似,最大误差在0.6~0.7 K之间,最大相对误差为12.4%,吻合良好,表明磁体系统磁场和低温性能均达到设计指标,符合磁体热磁设计要求,可以正常投入使用。
示踪剂对化学敏化乳化炸药性能的影响及其安检灵敏度研究
这是一篇关于乳化炸药,热分析,爆炸性能,示踪检测,感度的论文, 主要内容为炸药被广泛应用于航天航空、军事对抗、矿山开采和建筑物拆除等领域。随着常见炸药配方的普及,再加上制作方法较为简单,对世界公共安全造成了巨大的威胁,因此爆炸物能否被快速、精准、安全的检测出来是长期以来社会各界广泛关注的一个问题。本文将某种具备优良稳定性的稀土元素氧化物作为炸药的示踪标识物(以下称示踪剂),加入到当前最常用的工业炸药-乳化炸药中,开展了一系列试验研究。为了研究示踪剂对化学敏化乳化炸药的性能影响和安检灵敏度,在化学敏化乳化炸药的制备过程中分别加入了0%、1%、3%、5%质量分数的示踪剂,并标记为1#、2#、3#和4#样品,对各样品进行爆炸性能和热分解试验研究,主要包括:爆速实验、猛度实验、球形药包空中爆炸实验和铁板实验;利用STA同步热分析仪和C80微量量热仪,对4种样品基质分别进行了不同升温速率下的热失重(TG)实验和微量量热实验。将加入0.05%示踪剂的乳化炸药使用泡沫板、塑料薄膜和行李箱等常见材料进行包覆阻隔,通过X射线荧光光谱仪,进行不同激发电压和电流下的示踪灵敏度探测实验。实验主要结论如下:(1)少量示踪剂的加入对化学敏化乳化炸药的微观结构、爆炸性能和热感度未造成明显影响。随着示踪剂质量分数的增加,化学敏化乳化炸药微观结构中敏化气泡的数量和尺寸未发生明显变化,观测到的气泡直径均在100μm以下,均为可形成热点的有效敏化气泡。相较于1#样品,2#样品的铅柱压缩量下降了1.115 mm,爆速上升44m/s;3#样品的铅柱压缩量下降了0.581mm,爆速上升143 m/s;4#样品的铅柱压缩量下降了0.45 mm,爆速上升56m/s。2#、3#、4#样品相较于1#样品,空中爆炸峰值超压依次下降了3.2%、2.9%和5.4%,在200℃恒温加热下,4种样品均没有出现燃烧或者爆炸现象,表现出良好的感度。(2)4种乳化炸药基质试样的热失重曲线均可划为三个阶段,且趋势一致。通过对同一升温速率下的四种试样进行TG-DTG分析,DTG峰温差值?Tmax仅为5.3℃。随着示踪剂含量由0%提高到5%,试样的动力学机理函数由一维扩散模型变为三维扩散模型。4种乳化炸药基质试样C80热流曲线趋势一致,在270℃左右,呈现出一个尖锐的放热峰,且在达到峰值之前一直增加。结合RRI计算,结果表明1#-4#试样的反应性风险指数总体呈现出下降趋势。(3)示踪剂的X射线特征荧光具备良好的穿透性,能够被准确的检测出。同一包覆介质中,在相同激发电流条件下,随着电压值的增加,Net Rate、Net Area、Gross Area等参数都逐渐增加;荧光强度随着激发电流的增大不断增加,相较于空白对照组,有阻隔介质的实验组荧光强度增幅明显。通过对计数率进行比较得出,激发能量在15.4-17.9keV和19.27-202.22keV范围内,乳化炸药内含的示踪剂均可以被有效探测出,最佳激发能量为17.3824 keV。
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