[发明专利]一种黑索金爆燃模拟方法

说明书

本发明公开了一种黑索金爆燃模拟方法，通过在耦合了碳纳米管的黑索金复合模型内施加平行于碳纳米管轴线方向的电场，使得RDX能够完全反应，并且电场强度越大，反应速度越快，RDX燃爆时间越短。由此，通过调整电场的强度，使火点产生的时间随着改变，从而能做到对RDX反应时间(爆燃时间)的控制。

技术领域

本发明涉及含能材料爆燃模拟实验技术领域，具体涉及一种黑索金爆燃模拟方法。

背景技术

环三亚甲基三硝胺，又称黑索金(缩写为RDX)，是一种重要的含能材料，分子式为C₃H₆N₆O₆，它的分解会在瞬间产生大量能量，在理论模拟上的便利性使其从各个方面被研究。这种含能材料的研究中，主要研究方向是使材料释能更快以及降低爆炸感度两大方面。以往的研究内容中，主要有：添加物Mg粉、AL粉等，改进RDX的燃烧机放热性能，提高含能材料的释能强度。

此外施加外电场可以使黑索金爆炸能的能量提高、同时爆速和爆压也得到增强。回顾相关研究，外电场作用的理论研究主要是电场对含能材料分子本身的性质影响，如各化学键的键长、含能材料分子之间的氢键、含能材料分子第一步分解过程的影响。但少有对电场下含能材料分解过程的详细记录。该技术只是增加燃烧性能，却不能有效地控制含能材料的起爆时间。只涉及到电场作用，并没有详细的关于电场对含能材料反应的影响。在这些研究中，主要探讨最小活化能，往往止步于第一步分解，忽略了对含能材料分子晶体分解的后续复杂过程研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种黑索金爆燃模拟方法，以解决现有无法对RDX燃爆进行有效控制的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种黑索金爆燃模拟方法，包括：

(1)建立黑索金晶体单胞的三维立体模型，将黑索金晶体单胞按照晶格常数a、b、c的排列结构分别放置在直角坐标系的x、y、z的正半轴上，然后将黑索金晶体单胞模型扩展为单晶模型；

(2)在单晶模型中心将垂直于yoz平面的柱状区域的黑索金分子去掉，形成一个圆柱状的空洞，然后放入金属型碳纳米管进行耦合，得到复合模型；

(3)对所述复合模型施加平行于所述金属型碳纳米管的轴线方向的电场，从施加电场时开始计时，根据施加的电场强度得到黑索金爆燃的时间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)还包括：采用NPT热力学系综对所述复合模型进行优化弛豫，其具体过程为：

设定复合模型的三维周期性边界条件和体系粒子数目，设定步长为0.1飞秒和弛豫时间为30ps；体系的体积和能量随时间变化。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(3)中，采用NVE热力学系综对所述复合模型施加电场；根据施加的电场强度得到黑索金爆燃的时间按照以下公式计算得到：

U(t,E)＝U₀(E)+du×exp[-(t-t_I)/τ(E)]；

式中：U(t,E)为系统的总势能，U₀(E)为稳定后生成物的渐近势能，du为反应的放热能，t_I为反应开始时间，τ(E)为黑索金完全分解的时间；其中，U(t,E)、U₀(E)、du和τ(E)在NVE热力学系综中跟踪获得。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(1)中，采用NVT热力学系综建立黑索金晶体单胞的三维立体模型。

本发明具有以下有益效果：