多功能含能结构材料冲击诱发化学反应理论模型研究

多功能含能结构材料的冲击诱发化学反应机理及其细观力学特性对反应过程的影响已经成为制约其在工程设计及应用上的瓶颈技术。本项目从材料的宏观和细观2个方面入手，采用理论、数值模拟、实验三种手段，对MESMs在强冲击加载条件下的力学、化学反应过程进行了深入探讨。 宏观上主要将考虑电子热运动的费米理论引入材料的物态方程中对MESMs的冲击温升计算有很好的预测，并以温度为反应阈值及控制参数，在冲击诱发化学热化学模型的建立上加入压力控制因子及建立从初始反应物到最终生成物的冲击压缩物质转变模型。综合考虑了反应物到生成物各物理参量的转变过程以及受时间、体系温度、冲击压力控制的化学反应率，建立了较为完善的冲击诱发化学反应（shock-induced chemical reaction ，以下均SICR)模型。 细观上研究了颗粒材料之间的相互碰撞、作用以及其中空穴塌缩等力学行为，并结合前述宏观理论模型，得到各细观力学特性(颗粒形态、尺寸、分布等)、压力、比容、冲击波速度、粒子速度、冲击温度等未反应前的各物理参量对SICR过程的影响； 研究结果可为MESMs冲击诱发化学反应机理提供依据，也可为我国MESMs类高效毁伤战斗部的技术开发奠定理论基础。 2100433B

项目将以典型的多功能含能结构材料：铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)及Al Fe2O3为代表对材料的冲击动态响应及冲击诱发化反应行为进行研究，着重探讨其在强冲击加载条件下的动态压缩行为和反应行为，分别建立多功能含能结构材料的冲击压缩模型和冲击诱发化反应模型。在材料的动态压缩行为方面，主要研究颗粒材料之间的相互碰撞、作用以及其中空穴塌缩等力学行为，在模型引入材料细观特性参量，体现材料细观特性对MESMs材料冲击动态响应行为的影响；在材料的冲击诱发化反应行为方面，主要研究与时间刻度相关的考虑物态转变、反应阈值条件、反应释能、反应率以及反应速率的SICR模型。细致的刻画MESMS材料从受冲击到反应完成各参量的变化。最终获得可较为准确描述MESMs冲击诱发化学反应过程的SCIR模型实现对MESM释能过程的控制，为我国MESM类高效毁伤战斗部的技术开发奠定理论基础。

化学反应工程的研究内容主要包括以下几个方面：

①研究化学反应规律，建立反应动力学模型　亦即对所研究的化学反应，以简化的或近似的数学表达式来表述反应速率和选择率与温度和浓度等的关系。这本来是物理化学的研究领域，但是化学反应工程工作者由于工业实践的需要，在这方面也进行了大量的工作。不同之处是，化学反应工程工作者着重于建立反应速率的定量关系式，而且更多地依赖于实验测定和数据关联。多年来，已发展了一整套动力学实验研究方法，其中包括各种实验用反应器的使用、实验数据的统计处理方法和实验规划方法等。②研究反应器的传递规律，建立反应器传递模型　亦即对各类常用的反应器内的流动、传热和传质等过程进行理论和实验研究，并力求以数学式予以表达。由于传递过程只是物理的，所以研究时可以避免化学反应，用廉价的模拟物系（如空气、水、砂子等）代替实际反应物系进行实验。这种实验常称为冷态模拟实验，简称冷模实验。传递过程的规律可能因设备尺寸而异，冷模实验所采用的设备应是一系列不同尺寸的装置；为可靠起见，所用设备甚至还包括与工业规模相仿的大型实验装置。各类反应器内的传递过程大都比较复杂，有待更深入地去研究。③研究反应器内传递过程对反应结果的影响　对一个特定反应器内进行的特定的化学反应过程，在其反应动力学模型和反应器传递模型都已确定的条件下，将这些数学模型与物料衡算、热量衡算等方程联立求解，就可以预测反应结果和反应器操作性能。由于实际工业反应过程的复杂性，至今尚不能对所有工业反应过程都建立可供实用的反应动力学模型和反应器传递模型。因此，进行化学反应工程的理论研究时，概括性地提出若干个典型的传递过程。例如：伴随着流动发生的各种不同的混合，如返混、微观混合、滴际混合等；反应过程中的传质和传热，包括反应相外传质和传热（传质和反应相继发生）和反应相内传质和传热（反应和传质同时进行）。然后，对各个典型传递过程逐个地进行研究，忽略其他因素，单独地考察其对不同类型反应结果的影响。例如，对反应相外的传质，理论研究得出其判据为达姆科勒数Dα，并已导出当Dα取不同值时外部传质对反应结果的影响程度。同样，对反应相内的传质，也得出了相应的判据西勒模数φ。这些理论研究成果构成了本学科内容的重要组成部分。这些成果一般并不一定能够直接用于反应器的设计，但是对于分析判断却有重要的指导意义。

《水库诱发地震评价理论与实践》对水库诱发地震的研究，是从回答修建水库是否会诱发地震开始的，目前的研究主要集中在四个方面:①地质学研究;②地震学研究;③物理机制研究及④危险性评价和预测方法研究。全书的内容主要包括①水库诱发地震研究概况及主要成因类型;②三峡水库地震地质环境及前期水库诱发地震研究结论;③水库蓄水初期地震活动特点及成因机理分析;④水库蓄水以来几个4.0级以上地震特点及成因机理，⑤水库诱发地震对策研究及监测台网设计。