圆柱形组合烟花爆竹热安全性研究.pdf

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1、圆柱形组合烟花爆竹热安全性研究夏权2015年1月中图分类号：X937UDC分类号：662.1圆柱形组合烟花爆竹热安全性研究作者姓名夏权学院名称机电学院指导教师郭泽荣副教授答辩委员会主席杜志明教授申请学位工学硕士学科专业安全科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonThermalSafetyofMultipleCylindricalPyrotechnicProductsCandidateName：QuanXiaSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringF

2、acultyMentor:AssocProf.ZerongGuoChair,ThesisCommittee:Prof.ZhimingDuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:SafetyScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地

3、方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要基于化学反应动力学，将传热学理论应用于解决烟花爆竹热爆炸问题，旨在获得烟花爆竹的稳态和非稳态临界参数，包括临界环境温度、中心临界温升、温度分布、温度历程、热爆炸延滞期等，从而对烟花爆竹热安全性进行评价。主要研究内容如下：通过考虑传热系数随温度变化，完善了单筒圆柱形烟花

4、爆竹稳态和非稳态热爆炸模型，并进行了边界条件处理，计算并分析了传热系数随温度变化对热爆炸临界环境温度和热爆炸延滞期的影响。基于Matlab平台，设计了单筒烟花爆竹热爆炸计算程序GUI，实现了烟花爆竹热爆炸计算有量纲化、可视化。基于热爆炸稳态和非稳态理论，建立了组合烟花爆竹热爆炸物理模型、侧表面散热不均匀的三维圆柱形烟花爆竹热爆炸数学稳态和非稳态模型，利用传热学理论对其边界条件进行了处理，得到了该组合烟花爆竹侧表面不均匀散热的等效Biot数。利用七点差分方法和同伦延拓方法，建立了组合圆柱形三维稳态和非稳态的热爆炸偏微分方程数值计

5、算方法，编写了Matlab数值求解程序，并通过将二维热爆炸计算结果与文献值作对比验证了程序的准确性。利用圆柱形组合烟花爆竹热爆炸计算程序分别研究了长径比、Biot数等参数对模型临界性的影响。对实际中的一种圆柱形组合烟花进行了实例计算，计算获得不同储存形式下圆柱形烟花的临界参数，包括热爆炸判据、中心临界温升、临界环境温度、温度分布、温度历程、热爆炸延滞期等，并分析了该组合烟花的热安全性。通过本文的研究，首次建立了圆柱形组合烟花爆竹热爆炸模型，并在一定程度上解决了圆柱形三维热爆炸问题，所建立的圆柱形三维热爆炸数值计算方法为成箱、成

6、垛烟花爆竹热安全性研究奠定了基础，为烟花爆竹生产、运输、储存等过程中的安全提供了基础数据和理论指导。关键词：圆柱形烟火药制品；烟花爆竹；组合型；临界环境温度；热爆炸延滞期I北京理工大学硕士学位论文AbstractBasedonthechemicalreactionkinetics,thispaperapplythethermaltheorytosolvethethermalexplosionproblemoffireworksandfirecrackersandobtainthecriticalparametersofstea

7、dyandnon-steadystate,includingcriticalambienttemperature,thecentercriticaltemperaturerise,temperaturedistribution,temperaturehistory,thermalexplosiontimetoignitionandsoon.Thenitcanbeusedtoevaluatethethermalsafetyoffireworksandfirecrackers.Themainresearchcontentsarea

8、sfollows:Consideringthevariationofheattransfercoefficient,steadyandnon-steadystatethermalexplosionmodelofsinglecylindricalfireworkswasesta