燃烧型抗红外发烟剂设计及其配方筛选专家系统

论文摘要

依据烟幕对红外辐射的衰减机理,对微粉石墨、微米级可膨胀石墨和炭黑等红外遮蔽材料在燃烧型发烟剂中的应用进行了研究。结果表明,微粉石墨和微米级可膨胀石墨在高温下易氧化,不宜直接作为燃烧型发烟剂组分使用;利用燃烧反应生成的炭黑聚集体对红外辐射有较强的衰减作用,更适于作为烟幕的主要遮蔽成分。根据炭黑生成机理,建立了适用于燃烧型抗红外发烟剂的富碳有机物选择原则,开展了产炭率及炭黑生成影响因素研究。结果表明,产炭率与物质含碳量无关;C/H比高的芳香族有机物容易生成炭黑,且生成的炭黑聚集体对红外辐射衰减效果好;燃烧温度也会对炭黑的生成产生影响。建立了基于最小自由能法的发烟剂燃烧产物计算模型,开发了燃烧型发烟剂配方筛选专家系统,实现了对燃烧产物的预测,通过叠加各产物红外谱图模拟出烟幕红外谱图,同时给出烟幕在不同波段的遮蔽指数,达到了快速筛选配方的目的,并将其应用于发烟剂配方设计,结合大型烟箱测试系统,优选出一种能够有效遮蔽红外辐射的燃烧型抗红外发烟剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 新型燃烧型抗红外发烟剂
• 1.1.1 炭烟型抗红外发烟剂
• 1.1.2 磷烟型抗红外发烟剂
• 1.2 红外烟幕干扰材料
• 1.3 小结
• 1.4 主要研究内容
• 2 抗红外发烟剂理论基础及研究途径分析
• 2.1 烟幕消光理论模型
• 2.2 烟幕消光机理
• 2.2.1 吸收衰减机理及基于吸收的材料选择
• 2.2.2 散射衰减机理及基于散射的材料选择
• 2.2.3 黑体模型
• 2.3 本文设计途径
• 2.3.1 燃烧型发烟剂分类
• 2.3.2 本文设计途径
• 2.4 抗红外发烟剂测试手段
• 2.4.1 自制小型烟箱系统
• 2.4.2 大型烟幕箱测试系统Ⅰ
• 2.4.3 大型烟幕箱测试系统Ⅱ
• 2.5 小结
• 3 红外遮蔽材料的优选
• 3.1 微粉石墨
• 3.1.1 石墨基本性质
• 3.1.2 石墨衰减红外辐射的原理
• 3.1.3 石墨衰减红外辐射的研究
• 3.2 微米级可膨胀石墨
• 3.2.1 可膨胀石墨制备的基本原理
• 3.2.2 微米级可膨胀石墨的制备工艺研究
• 3.2.3 微米级可膨胀石墨的表征
• 3.2.4 微米级可膨胀石墨衰减红外辐射的研究
• 3.2.5 微米级可膨胀石墨的热重分析
• 3.3 炭黑
• 3.3.1 炭黑基本性质
• 3.3.2 炭黑生成方法
• 3.3.3 炭黑衰减红外辐射的原理
• 3.3.4 炭黑衰减红外辐射的研究
• 3.4 小结
• 4 炭黑生成机理及其影响因素研究
• 4.1 炭黑生成机理
• 4.2 富碳有机物初选条件
• 4.3 富碳有机物的初步选择结果
• 4.4 富碳有机物成炭试验
• 4.4.1 产炭率测定实验
• 4.4.2 结果与讨论
• 4.5 富碳有机物成炭影响因素研究
• 4.5.1 有机物结构
• 4.5.2 有机物C/H比
• 4.5.3 反应温度
• 4.6 富碳有机物选择原则
• 4.7 小结
• 5 燃烧型发烟剂配方筛选专家系统
• 5.1 最小吉布斯自由能法
• 5.1.1 最小吉布斯自由能法基本原理
• 5.1.2 发烟剂燃烧产物计算模型
• 5.1.3 迭代公式推导
• 5.1.4 发烟剂燃烧产物计算步骤
• 5.2 专家系统的建立
• 5.2.1 专家系统基本构架
• 5.2.2 专家系统各模块及其功能
• 5.2.3 专家系统主要功能
• 5.3 专家系统主要参数对产物计算结果的影响
• 5.3.1 平衡组分初值
• 5.3.2 反应初始温度
• 5.3.3 压力
• 5.4 专家系统对燃烧产物的计算
• 5.4.1 专家系统对双组分药剂的计算结果与分析
• 5.4.2 专家系统对复杂组分药剂的计算结果与分析
• 5.5 专家系统对烟幕红外谱图的模拟
• 5.5.1 红外谱图的加谱
• 5.5.2 模拟谱图与实际谱图的对比
• 5.6 专家系统对烟幕遮蔽能力的计算
• 5.6.1 红外消光系数
• 5.6.1.1 理论计算法
• 5.6.1.2 实验测定法
• 5.6.2 专家系统遮蔽能力评价
• 5.6.3 发烟剂遮蔽能力预测及配方筛选
• 5.7 小结
• 6 基于专家系统的发烟剂配方设计
• 6.1 原材料的选择
• 6.1.1 气溶胶生成剂的选择
• 6.1.2 供能剂的选择
• 6.1.3 添加剂的选择
• 6.2 各组分含量的初步确定
• 6.2.1 氧化剂与可燃剂配比试验研究
• 6.2.2 气溶胶生成剂
• 6.2.3 添加剂
• 6.3 专家系统的预测结果
• 6.3.1 遮蔽指数预测
• 6.3.2 各组分对烟幕性能的影响
• 6.3.3 燃烧产物预测
• 6.4 抗红外发烟剂性能测试
• 6.4.1 红外透过率测试
• 6.4.2 烟幕谱图及成分比较
• 6.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录