铝粉尘爆轰的反应模型*

岳军政，洪 滔，吴先前，黄晨光

（1. 中国科学院力学研究所，北京 100190；2. 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094）

铝粉作为一种常见的工业原料，在其生产过程中容易与空气混合发生两相爆轰造成巨大危害[1]，同时因其含能较高，且价格便宜，也常作为燃料加入燃料空气炸弹(fuel air explosive, FAE)中形成大规模粉尘爆轰以制造破坏。针对铝粉的工业生产安全及其国防应用，对悬浮铝粉尘的两相爆轰已开展了大量研究[2-3]。由于实验观测难度大以及实验重复性较低，数值模拟成为研究粉尘爆轰的重要手段。

悬浮铝粉尘两相爆轰是非理想爆轰过程，常用经典的ZND (Zel’dovich-von Neumann-Döring)爆轰模型描述其爆轰波结构，其数值模拟的难点在于铝粉的燃烧模型。在目前的研究中，铝粉燃烧模型主要有扩散模型和动力学模型两种。在扩散燃烧模型中，化学动力学反应速率很快，燃烧速率主要受氧化气体的扩散速率控制[4]；而在动力学燃烧模型中，铝颗粒表面的氧化气体扩散速度较快，主要由化学动力学反应速率控制铝颗粒的燃烧速度[5-6]。Glorian 等[7]考虑颗粒大小以及燃烧环境，对表面反应动力学和气相机制进行了理论分析。在现有的数值模拟工作中，Veyssiere 等[2]提出了一个两步反应模型，通过拟合动力学参数得到了与实验结果一致的计算结果。Zhang 等[8]提出了同时考虑扩散机制和动力学机制的混合模型，并且讨论了两个燃烧机制的适用条件。此外，Briand 等[9]改进了两步反应模型，并且发展了一个混合模型。然而，在这些模型中有一个指前参数Zhyb需要拟合，而目前对这个参数并没有统一的认识[10]。……