采用数值模拟方法分析膛口流场及膛口烟形成机理

摘要

通过试验研究与数值模拟，探讨弹丸出膛后火药气体喷射引发的膛口烟形成机理及其控制方法.弹丸出膛后，高温高压火药气体迅速膨胀，形成由正激波和斜激波系构成的冲击波，激波边界外形成湍流的烟环，内含大量火药气体与空气.若可燃成分（如H₂、CO）充足，可能发生二次燃烧，形成膛口焰；若可燃成分减少（如加入KNO₃）,二次燃烧被抑制，流场主要表现为膛口烟.通过调整火药成分（加入KNO₃）,研究可燃成分减少对二次燃烧的抑制作用.数值模拟采用基于动网格的二维任意拉格朗日-欧拉方法，并结合时间分裂法处理流动与化学反应的刚性.动网格处理采用局部重构，确保网格质量并实现参数传递.试验结果表明，加入KNO₃后，膛口流场由膛口焰转为膛口烟，CO₂浓度与温度分布高度相关，可作为膛口烟的主要表征；H₂O、H₂浓度变化反映燃烧强度，为次要表征.本研究结论为抑制膛口焰提供了工程指导，建议在火药中加入KNO₃,通过消耗活性组分弱化燃烧反应，实现膛口焰向膛口烟的转变.

关键词

膛口流场 / 二次燃烧 / 烟环 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金项目(51806095); 江苏省高等学校基础科学(自然科学)研究面上项目(24KJB470013)