高温高压下硝基甲烷快速反应的光谱研究

 利用多台单色仪、光电系统及高速数据采集系统，成功地研究了硝基甲烷和氧混合物点火后快速反应的光谱。实验观察到CH₃O、CH、CH₂O、OH、CHO、CO、CO₂、H₂O、NO、NO₂等中间产物及最终产物的辐射。时间分辨的光谱测量发现：在爆炸激波管中，硝基甲烷快速反应的机理明显不同于硝基甲烷热分解和冲击引爆时的结果。     

液态甲烷的高温密度物态方程理论研究

 采用热力学统计理论研究了液态甲烷在高温高压下分子分解反应特点及该体系的物态方程。着重讨论了体系中CH₄-H₂分子间有效势对体系化学反应平衡及物态方程的影响,并根据实验Hugoniot点(p_H, V)优化确定出其exp-6势函数中的参数值。该势函数的排斥部分值比理想混合条件下Lorentz-Berthelot规则给出的势函数值低约50%,预示着高压下CH₄和H₂之间存在着某种亲合性。用该势函数计算得到的p-T线与现有的两个实验点符合很好。还讨论了CH₄-H₂之间的有效作用势参数对CH₄分子冲击离解度（x）的影响。     

液态CO2高温高密度状态方程研究

 利用二级轻气炮作冲击加载手段，采用自己建立的低温靶，比较系统地研究了液态CO₂的冲击压缩行为。在20～60 GPa压力区获得六个新的Hugoniot数据点。根据这些实验点，采用液体统计力学理论和化学平衡方法，重新优化获得一组CO₂－CO₂，CO₂－O，CO－O作用势参数。分析表明，引起体系在25 GPa以上区域冲击软化现象的主要机制是CO₂离解反应，CO₂—→CO+O。     

利用分子轨道法计算黑索金的生成热和分子结构

 利用分子轨道方法MNDO、AM1、PM3等计算了高能炸药RDX（C₃H₆N₆O₆）及其中间产物C₃H₆N₅O₄ 、C₃H₆N₄O₂ 、(H₂C)(N—CH₂)(N—CH₂)NN、CH₂＝N—NO₂的分子结构与热力学性质。用PM3方法给出了可与实验直接比较的生成热。     

高压下正戊烷的稳定性研究

 利用Raman散射光谱在碳硅石压腔下研究了常温下的正戊烷从0.07~4.77 GPa的稳定性。结果表明：正戊烷的 CH₃、CH₂对称和反对称伸缩振动2 877 cm^-1、2 964 cm^-1和2 856 cm^-1、2 935 cm^-1以及－(CH₂)_n －同步扭曲振动1 303 cm^-1均随压力增大而基本呈线性向高频方向移动,并在2.47 GPa附近发生过压凝固,这是一种平衡稳定态之外的亚稳态现象。另外推测正戊烷在高压下可能发生固－固相变,最后通过平衡的固液共存相确定了正戊烷的平衡凝固压力为(1.90±0.05) GPa。     

CH4-O2-N2预混气体爆炸二维数值模拟

 利用CFD软件,基于ISAT算法和简化的甲烷氧化基元反应模型,建立了CH₄-O₂-N₂预混气体的二维湍流爆炸模型。数值计算结果表明,该模型较好地模拟了CH₄-O₂-N₂预混气体在高温气团作用下的点火、燃烧和爆炸过程。计算中,考察了高温点火气团的初始温度和混合气体初始组分对CH₄-O₂-N₂预混气体燃烧和爆炸过程的影响。结果表明：高温气团的初始温度对CH₄-O₂-N₂预混气体的点火延迟时间和燃烧初始阶段有重要影响,但对CJ爆燃没有影响;惰性气体N₂的加入,降低了混合气体的反应活性,导致点火延迟时间增大,燃烧反应速度、爆炸超压和重要自由基浓度都随之减小。相同条件下爆炸超压峰值的计算结果与实验测量结果符合较好。     

漂移室退化效应的观测

利用5MeV的电子束照射漂移室, 在Ar/CO₂, Ar/CH₄及Ar/iC₄H₁₀等不同气体混合物条件下研究了漂移室的暗电流, 输出脉冲幅度, 能量分辨及计数率坪曲线随单位长度阳极丝上所收集到的总电荷数的变化.     

下地幔温压下(Mg,Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性——对冲击回收样品的微观分析

 在60~110 GPa冲击压力（估算温度为2 300~4 800 K）范围内进行了5发原始样品为(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃顽火辉石的冲击压缩回收实验，对回收样品进行的X射线衍射（XRD）和红外吸收光谱（IR）分析结果表明：（1）回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐，而非钙钛矿结构；（2）回收样品中均未观察到氧化物SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的XRD 和IR特征谱线；（3）回收样品的XRD、IR特征谱线变得简略，并发现了与原始样品有某些不同的特征谱线，随冲击压力增加，这种变化趋于明显；（4） 通过对比冲击压力在85 GPa以下和97 GPa以上回收样品的XRD、IR特征谱线，没有观察到明显的新谱线特征出现。结合先前的冲击Hugoniot状态方程实验数据分析，可以认为：在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构，在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变；特别是，在实验的温度压力范围内，不可能发生由(Mg_0.92,Fe_0.08)SiO₃向SiO₂和(Mg_0.92,Fe_0.08)O的化学分解相变，顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。回收样品和原始样品的谱线差异可能对应于高压加载或卸载过程引起的某种晶格畸变，而高压加载导致钙钛矿型顽火辉石晶格畸变的可能性更大。这一结果将对下地幔矿物学模型的建立和下地幔地震波探测结果的解释提供基础物理依据。     

R2O-B2O3-S-iO2系统光导纤维包层玻璃的研究

研究了R₂O—B₂O₃—SiO₂系统玻璃中的双碱(KO₂、Na₂O)效应,引入Al₂O₃的抗水效应,硼酸盐的挥发,加入CaF₂等澄清剂对玻璃粘度,透光率等影响,并在此基础上确定了在R₂O—B₂O₃—SiO₂系统玻璃中能与光导纤维芯玻璃F⁶²⁶/₃₅₆匹配良好的包层玻璃的基础成份:SiO₂69～71,B₂O₃8～12,R₂O11～20(均为Mol%),在基础成分中添加少量的Al₂O₃、RO(CaO、MgO、Z_nO)及适量的CaF₂等澄清剂、制得了具有不同温度变化的粘度,折射率(N_D-1.1537～1.5163)和热膨胀系数值室温15°～120℃范围,α=(79.1～81.0)×10^-7/℃的包层玻璃。其中BP—81—16号包层玻璃已投入生产,它与光纤芯玻璃F⁶²⁶/₃₅₆组合拉制的光导纤维的性能远优于改良3号**光导包层玻璃。     

BaCO3和TiO2粉末混合物冲击压缩性和BaTiO3冲击合成的实验研究

 利用高能炸药爆轰驱动冲击波、狭缝扫描闪光隙高速照相技术和阻抗匹配解原理，在10~100 GPa压力范围内，测量了BaCO₃和TiO₂粉末混合物的冲击绝热数据。同时，利用轴对称柱面和平面爆轰装置，进行了该混合物样品的冲击后回收实验和回收样品的X射线衍射分析，考察BaTiO₃的冲击合成。测量出的冲击绝热数据，以冲击波压力和比容平面上的结果为例，在约30和45 GPa两个压力值时，比容发生明显跃变。冲击绝热数据与回收样品X射线衍射分析结果相结合，判断出，这两个跃变分别对应于TiO₂从锐钛矿相转变到高压β-TiO₂相，BaCO₃与TiO₂开始急剧化学反应合成出BaTiO₃并放出CO₂。此外，在压力为10 GPa左右作回收实验，其回收样品的X射线衍射分析表明TiO₂由锐钛矿相完全转变为金红石相。     

用多种谱仪技术研究环氧丙烷点火的微观特性

利用OMA(光多通道分析系统)谱仪和单色谱仪技术研究了环氧丙烷冲击点火的微观特性.OMA谱仪观察到O,CH2O,C2,CH,CH3O,CO2,H2O等许多中间产物和最终产物.利用三台单色谱仪和压力传感器确定环氧丙烷冲击点火后这些产物出现的顺序并确定了它们的点火延迟时间和临界条件.     

苯快速反应点火特性的光谱研究

利用由单色谱仪、压力传感器以及示波器组成的测试系统, 测定了高温激波管中苯快速反应的几个重要产物：H,C₂和CH的点火延迟时间和出现的顺序。提出了一种在入射激波条件下确定含能材料冲击点火延迟时间的新方法,并介绍了苯在快速反应中碳生成的微观反应机理。 研究表明: 无论马赫数如何改变,H原子总是最先出现,说明苯在快速反应过程中,首先断裂的C—H键,而不是C—C键。利用较早出现的反应中间产物H原子来测定苯的点火延迟时间更为准确。利用单色谱仪技术能较好地研究苯的快速反应点火特性,新方法与国内外常用的全色光技术相比可明显减少实验量。     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

环氧丙烷爆燃转爆轰过程反应产物的光谱法确定

采用由增强型ICCD光谱探测器、SpectraPro-275光谱仪和DG535同步控制器组成的瞬态光谱测量系统,在解决了测试系统时间同步问题、弱光探测问题、提高光谱分辨率问题和波长定标及防止误触发问题后,在长4.0 m,内径为0.10 m的爆炸激波管侧窗,拍摄到了持续时间仅为数ms的环氧丙烷爆燃转爆轰过程的曝光时间为1～16 μs的瞬态发射光谱。测量系统的光谱分辨本领达到了0.2 nm 。根据由碳、氢和氧组成的小分子和自由基的特征辐射谱带带头波长值,经过对所测光谱进行分析和辨认,确定了在环氧丙烷的爆燃转爆轰过程中有OH,CH,C₂,C₃,CO,CO₂,CHO和CH₂O这些反应产物出现。这些反应产物的确定,是进一步分析环氧丙烷爆燃转爆轰过程的微观机理必不可少的实验依据。     

正庚烷燃烧反应中间自由基的光谱测量

采用ICCD瞬态光谱探测系统和化学激波管,在点火温度1 408K,点火压力2.0atm,燃料摩尔分数1.0%,当量比1.0的条件下,拍摄了正庚烷燃烧过程中不同时刻的瞬态发射光谱,光谱曝光时间6μs,拍谱范围200～850nm。确认了在所拍光谱范围内主要是OH,CH和C2自由基的特征辐射光谱,表明小自由基OH,CH和C2是正庚烷燃烧过程中重要的反应中间产物。所拍时间分辨光谱显示,在正庚烷燃烧反应中,OH,CH和C2自由基一出现很快就达到其浓度峰值,但CH和C2自由基随着反应的进行迅速减少至消失,OH自由基持续的时间却长很多。实验结果为了解正庚烷燃烧反应微观过程和验证其燃烧反应机理提供了实验依据。     

等离子体中活性粒子分析及化学动力学机理

利用发射光谱测量技术分析了介质阻挡放电等离子体激励空气产生的主要活性粒子,利用零维等离子体动力学模型模拟了甲烷/空气中放电阶段主要活性粒子的演化规律,并通过敏感性与化学路径分析研究了O原子影响甲烷点火过程的化学动力学机理。研究表明:空气中介质阻挡放电等离子体主要产生N2和O2的激发态粒子,激发态粒子的数密度随着电压的增加而增大;激发态粒子经过一系列物理化学反应最终转化成若干自由基,其中O原子的摩尔分数最大;O原子缩短甲烷点火延迟时间一个量级,原因在于添加O原子后甲基(CH3)的氧化途径由自点火过程中的经O2直接氧化为CH3O和CH2O转变为经HO2和O原子氧化为CH3O和CH2O,由于后者的基元反应速率快,因而明显缩短了点火延迟时间。     

发射光谱法研究甲基环己烷燃烧时激发态自由基时间历程

采用三组单色仪探测系统,测量了甲基环己烷在高温反射激波作用下瞬态燃烧反应过程中三种激发态自由基OH*,CH*和C*₂的特征光辐射,得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。反射激波温度1 200～1 700 K,激波压力1.5 atm,甲基环己烷摩尔分数0.1%,当量比1.0。在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生,自由基持续时间随着温度的升高而变短。相同温度下CH*和OH*自由基持续时间大于C*₂自由基,在1 400 K以下C*₂自由基发光消失。OH*和CH*自由基发光强度在T<1 400 K时对温度变化不敏感,而在T>1 400 K时CH*自由基峰值随温度快速增长,C*₂和OH*峰值随温度增大比较平缓。将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比,实验获得的OH*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好,但在高温时有一定差异。CH*自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好,在低温时机理预测结果CH*自由基持续时间要长于实验结果。实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。     

环氧丙烷爆燃转爆轰过程中产物C2的发射光谱

采用具有增强功能的光谱探测器增强型电荷耦合器件(Itensified charge coupled device,ICCD)和自行设计的光电转换器,应用激波管技术对环氧丙烷爆燃转爆轰过程的发射光谱进行了拍摄,探测器快门开启时间为2μs,在500-570nm之间进行了多次测量,由压力传感器监测的压力信号来判断爆燃转爆轰过程的重复性。实验结果表明：探测到了产物C2分子的发光光谱,它们可归属为斯旺(Swan)带的d^3∏g-a^3∏u跃迁中△v=-1.0的两个振动序列。各序列的带头分别为516．52nm,512．94nm,563．55nm,558．55nm,554．07nm,550．19nm和544．77nm。通过对所拍摄光谱的分析,推断中间产物C2是环氧丙烷爆燃转爆轰过程中的主要产物之一,并给出了C2自由基形成的几种可能的反应通道。     

JP-10点火延时的激波管研究

在预加热激波管上测定了JP-10的点火延时时间．采用高精度真空仪直接测定注入激波管中JP-10蒸气压力，获得了JP-10气相浓度，解决了高碳数碳氢燃料点火延时激波管实验时管壁吸附影响燃料气相浓度确定的困难．采用压力传感器、单色仪和光电倍增管记录得到了完整的点火过程引起的压力变化和OH或CH自由基发射强度变化．自由基发射信号作为诊断点火发生的手段．当实验压力为151?556 kPa，温度为1000?2120 K，JP-10摩尔百分比为0.1%?0.55%，化学当量比为0.25、0.5、1.0、2.0时，获得了点火延时时间与实验温度、JP-10浓度、O2浓度的依赖关系，结果还表明，高温区和低温区呈现出不同的依赖关系．