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化学学报 2009年第22期67卷 2536-2540页

作者：赵宏安胡荣祖王喜军赵凤起高红旭张海张晓亮冯煜马海霞西北大学信息科学与技术学院西安710069 西安近代化学研究所西安710065 西北大学数学系/数据分析与计算化学研究所西安710069 西北大学化工学院西安710069

借助不同加热速率(β)的非等温DSC曲线离开基线的初始温度(T0)、onset温度(Te)和峰顶温度(Tp),Kissinger法和Ozawa法求得的热分解反应的表观活化能(Ek和EO)和指前因子(Ak),Hu-Zhao-Gao方程lnβi=ln[A0/(be0orp0G(α))]+be0orp0Teiorpi求得的be0orp0,Zhao-Hu-Gao方程lnβi=ln[A0/((ae0orp0+1)G(α))]+(ae0orp0+1)lnTeiorpi求得的ae0orp0,微热量法确定的比热容(Cp),以及密度(ρ)、热导率(λ)和分解热(Qd,取爆热之半)数据,Zhang-Hu-Xie-Li公式、Hu-Yang-Liang-Xie公式、Hu-Zhao-Gao公式、Zhao-Hu-Gao公式、Smith方程、Friedman公式和Bruckman-Guillet公式,计算了TNAZ在β→0时的T0,Te和Tp值(T00,Teo和Tp0)、热爆炸临界温度(Tbe和Tbp)、绝热至爆时间(tTlad)、撞击感度50%落高(H50)和热点起爆临界温度(Tcr),得到了评价TNAZ热安全性的结果:TSADT=Te0=485.81K,Tp0=497.38K,Tbeo=499.50K,Tbp0=513.45K,tTlad=8.90s(n=0),tTlad=8.96s(n=1),tTlad=9.01s(n=2),H50=28.88cm,Tcr=641.46K(Troom=293.15K),Tcr=658.89K(Troom=300K),表明:(1)TNAZ对热是稳定的;(2)撞击感度好于环三亚甲基三硝胺(RDX);(3)热点起爆临界温度高于RDX,而界于1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)和六硝基茋(HNS)之间.

关键词： TNAZ 热安全性自加速分解温度热爆炸临界温度绝热至爆时间撞击感度特性落高撞击热点起爆临界温度

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2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺的热安全性（英文）

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物理化学学报 2013年第10期29卷 2071-2078页

作者：胡荣祖赵凤起高红旭马海霞张海徐抗震赵宏安姚二岗西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室西安710065 西北大学数学系数据分析和计算化学研究所西安710069 西北大学化工学院西安710069 西北大学信息科学与工程学院西安710069

为评价2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺(TNMA)的热安全性,得到计算TNMA热安全性参数用的基本数据,用经验式估算了TNMA的比热容(C_p)和热导率(λ).用键能贡献于生成热Q_f的加和法,估算了TNMA的标准生成焓△_fH_m^(θ)(TNMA,s,298.15 K).用... 详细信息

为评价2,2,2-三硝基乙基-N-硝基甲胺(TNMA)的热安全性,得到计算TNMA热安全性参数用的基本数据,用经验式估算了TNMA的比热容(C_p)和热导率(λ).用键能贡献于生成热Q_f的加和法,估算了TNMA的标准生成焓△_fH_m^(θ)(TNMA,s,298.15 K).用热力学公式计算了TNMA的标准燃烧焓△_CH_m^(θ)(TNMA,s,298.15 K)和标准燃烧能△U_m^(θ)(TNMA,s,298.15 K).用Kamlet-Jacobs公式估算了爆速、爆压和爆热.用经验式估算了分解热(Q_d).通过差示扫描量热(DSC)曲线和高灵敏度布鲁顿玻璃薄膜压力计测得的逸出气体标准体积(V_H)-时间(t)曲线,得到了TNMA放热分解反应的动力学参数.用上述基本数据得到了评价TNMA的热安全性参数:自加速分解温度(T_(SADT)),热爆炸临界温度(T_(be0)和T_(bp0)),绝热至爆时间(t_(Tlad)),撞击感度50%落高(H_(50)),热点起爆临界温度(T_(cr)),被300 K环境包围的半厚和半径为1 m的无限大平板、无限长圆柱和球形TNMA的热感度概率密度函数S(T),相应于S(T)-T关系曲线最大值的峰温(T_(S(T)max)),安全度(SD),临界热爆炸环境温度(T_(acr))和热爆炸概率(P_(TE)).结果表明:(1)TNMA有较好的热安全性和对热抵抗能力,与环三亚甲基三硝胺(RDX)相比,TNMA易从热分解过渡到热爆炸;(2)不同形状大药量TNMA热安全性降低的次序为:球>无限长圆柱>无限大平板;(3)TNMA有高的燃烧能、高的爆轰化学能(爆热)和接近环四亚甲基四硝胺(HMX)的爆炸性能,其对冲击敏感,冲击感度与季戊四醇四硝酸酯(PETN)和特屈尔接近,可用作混合炸药主组分.

关键词： TNMA 热分解热安全性热爆炸

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用非等温DSC估算一些呋咱环化合物的热爆炸临界温度(英文)

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含能材料 2009年第6期17卷 635-642页

作者：胡荣祖高红旭赵凤起张海马海霞徐抗震西安近代化学研究所陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析及计算化学研究所陕西西安710069 西北大学化工学院陕西西安710069

通过合理假设,从谢苗诺夫(Semenov)热爆炸理论和8个非等温动力学方程,导出了估算含能材料(EMs)热爆炸临界温度(Tb)的2个通式和它们的6个派生式。从EMs的非等温DSC曲线可获得DSC曲线偏离基线的起始温度(T0)、onset温度(Tei)和放热分解反... 详细信息

通过合理假设,从谢苗诺夫(Semenov)热爆炸理论和8个非等温动力学方程,导出了估算含能材料(EMs)热爆炸临界温度(Tb)的2个通式和它们的6个派生式。从EMs的非等温DSC曲线可获得DSC曲线偏离基线的起始温度(T0)、onset温度(Tei)和放热分解反应的动力学参数。由方程T0ior ei=T00 or e0+a1βi+a2βi2+…+aL-2βiL-2,i=1,2,…,L可得到T00和Te0值,随后用6个派生式可计算Tb值。对1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂双呋咱[3,4-c:3′,4′-h]十氢化萘,1,4,5,8-四氮杂双呋咱[3,4-c:3′,4′-h]十氢化萘,1,3,4-三硝基咪唑烷酮[4,5-b]呋咱[3,4-e]哌嗪,咪唑烷酮[4,5-b]呋咱[3,4-e]哌嗪,1,3,4,8-四硝基咪唑烷酮[4,5-b]呋咱[3,4-e]哌嗪,1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂萘呋咱[3,4-b]十氢化萘,1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂呋咱[3,4-f]环庚烷,由6个派生式所得的Tb值甚接近。

关键词：物理化学呋咱环化合物临界温度热爆炸非等温DSC

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硝基甲烷爆轰区热作用下铝、铝热剂和含铝炸药颗粒的温度响应

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含能材料 2011年第1期19卷 5-7页

作者：胡荣祖高红旭赵凤起徐司雨张海马海霞西安近代化学研究所陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析及计算化学研究所陕西西安710069 西北大学化工学院陕西西安710069

推导了描述炸药爆炸作用所致材料温度响应的表达式。提出了估算材料渗透深度(x)与温度(T)关系的数值方法。借助铝颗粒(体系Ⅰ)、铝热剂(3Fe3O4-8Al)颗粒(体系Ⅱ)和含铝炸药(59/20/20/0.5/0.5-RDX/AP/Al/binder/additive)颗粒(体系Ⅲ)的... 详细信息

推导了描述炸药爆炸作用所致材料温度响应的表达式。提出了估算材料渗透深度(x)与温度(T)关系的数值方法。借助铝颗粒(体系Ⅰ)、铝热剂(3Fe3O4-8Al)颗粒(体系Ⅱ)和含铝炸药(59/20/20/0.5/0.5-RDX/AP/Al/binder/additive)颗粒(体系Ⅲ)的初温、比热容、密度、热导率和硝基甲烷的爆轰区温度和爆轰持续时间数据,用导出的表达式,通过数值计算,构筑了体系Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的T-x关系图。结果表明,在硝基甲烷爆轰区热作用下使体系达点火温度2070 K(体系Ⅰ)、1209.15 K(体系Ⅱ)和485.68 K(体系Ⅲ)的x值分别为1.053,1.880,0.1905μm,至体系达初温300 K的x值分别为10.5,9.6,0.6μm。

关键词：爆炸力学热作用温度响应铝颗粒铝热剂含铝炸药硝基甲烷热渗透深度

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自催化反应速率方程的导出途径及其在含能材料热行为研究中的应用

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含能材料 2015年第9期23卷 818-830页

作者：胡荣祖姚二岗张海王璞玉赵宏安赵凤起高红旭罗阳马海霞西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析和计算化学研究所陕西西安710069 西北大学信息科学与工程学院陕西西安710069 西北大学化工学院陕西西安710069

提出了经验级数自催化反应速率方程和13个派生式的导出途径。导出了描述自催化反应速率曲线特性[αmax和(dα/dt)max]的方程和反应进度(α)随时间(t)和温度(T)变化的方程。编制了计算自催化反应动力学参数(E、A或E1、A1、E2、A2)、经验... 详细信息

提出了经验级数自催化反应速率方程和13个派生式的导出途径。导出了描述自催化反应速率曲线特性[αmax和(dα/dt)max]的方程和反应进度(α)随时间(t)和温度(T)变化的方程。编制了计算自催化反应动力学参数(E、A或E1、A1、E2、A2)、经验级数(m、n、p)和αmax、(dα/dt)max值的计算机程序。提出了描述六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)自催化分解反应的速率方程和硝化棉(NC)(12.82%、12.97%、13.54%、13.61%、13.86%、13.88%、14.14%N)自催化分解反应的动力学参数——催化系数Kcat、速率曲线特性参数和α随t变化的方程。

关键词：自催化反应动力学参数曲线特性参数反应进度六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW) 硝化棉(NC)

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从不同升温速率下的DSC曲线数据计算/确定含能材料放热分解反应Arrhenius/非Arrhenius动力学参数的方法

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含能材料 2013年第2期21卷 180-193页

作者：胡荣祖马海霞严彪张海韩路高红旭赵凤起姚二岗赵宏安西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析和计算化学研究所陕西西安710069 西北大学化工学院陕西西安710069 西北大学信息科学与工程学院陕西西安710069

提出了从不同恒速升温速率(β)条件下的DSC曲线起始温度(T0)、onset温度(Te)、峰温(Tp)、Te和Tp处的反应转化率αe和αp及相应各等转化率αi的βi、Tα,i(i=1,2,…,L)数据计算/确定含能材料放热分解反应Arrhenius/非Arrhenius动力学参... 详细信息

提出了从不同恒速升温速率(β)条件下的DSC曲线起始温度(T0)、onset温度(Te)、峰温(Tp)、Te和Tp处的反应转化率αe和αp及相应各等转化率αi的βi、Tα,i(i=1,2,…,L)数据计算/确定含能材料放热分解反应Arrhenius/非Arrhenius动力学参数的方法。用该法得到了四水双(3-(5-硝基-1,2,4-三唑))钠[Na2(BNT)(H2O)4]放热分解反应的Arrhenius/非Arrhenius动力学参数。用所得非Arrhenius动力学参数计算了[Na2(BNT)(H2O)4]的热爆炸临界温度(Tb),并与用Arrhenius动力学参数所得的Tb值作了比较。验证了本工作所得[Na2(BNT)(H2O)4]非Arrhenius动力学参数的有效性和可靠性。

关键词：物理化学放热分解反应非Arrhenius动力学参数含能材料恒速加热速率 DSC 热爆炸临界温度

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从DSC曲线数据计算/确定含能材料自催化分解反应动力学参数和热爆炸临界温升速率的方法

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物理化学学报 2013年第8期29卷 1623-1631页

作者：胡荣祖赵凤起高红旭姚二岗张海王尧常象宇赵宏安西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室西安710065 西北大学数学系数据分析和计算化学研究所西安710069 西安交通大学信息科学与系统科学研究所西安710049 西北大学信息科学与工程学院西安710069

为应用热爆炸临界温升速率(dT/dt)Tb评价含能材料(EMs)的热安全性,得到计算(dT/dt)Tb值的基本数据,用合理的假设,由Semenov的热爆炸理论和9个自催化反应速率方程[dα/dt=Aexp(-E/RT)α(1-α)(I),dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)n(1+Kcatα)(II),dα/dt=Aexp(-E/RT)[αa-(1-α)n](III),dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)(1-α)+A2exp(-Ea2/RT)α(1-α)(IV),dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)(1-α)m+A2exp(-Ea2/RT)αn(1-α)p(V),dα/dt=Aexp(-E/RT)·(1-α)(VI),dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)n(VII),dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)+A2exp(-Ea2/RT)(1-α)(VIII),dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)+A2exp(-Ea2/RT)α(1-α)(IX)]导出了计算(dT/dt)Tb值的9个表达式.提出了从不同恒速升温速率(β)条件下的差示扫描量热(DSC)曲线数据计算/确定EMs自催化分解反应的动力学参数和自催化分解转向热爆炸时的(dT/dt)Tb的方法.由DSC曲线数据的分析得到了用于计算(dT/dt)Tb值的β→0时的onset温度(Te0),热爆炸临界温度(Tb)和相应于Tb时的转化率(αb).分别用线性最小二乘法和信赖域方法得到方程(I)和(VI)及方程(II)-(V)和方程(VII)-(IX)中的自催化分解反应动力学参数.用上述基础数据得到了EMs的(dT/dt)Tb值.结果表明:(1)在非等温DSC条件下硝化棉(NC,13.54%N)分解反应可用表观经验级数自催化反应速率方程dα/dt=1015.82exp(-170020/RT)(1-α)1.11+1015.82exp(-157140/RT)α1.51(1-α)2.51描述;(2)NC(13.54%N)自催化分解转向热爆炸时的(dT/dt)Tb值为0.103K·s-1.

关键词：临界温升速率非等温DSC 热爆炸硝化棉信赖域方法

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预测接近Kamlet-Jacobs方程结果的CHNO炸药的爆速和爆压的经验氮当量方程（英文）

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含能材料 2015年第12期23卷 1243-1244页

作者：胡荣祖姚二岗马海霞张海高红旭韩路赵凤起罗阳赵宏安西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室陕西西安710065 西北大学化工学院陕西西安710069 西北大学数学系/数据分析和计算化学研究所陕西西安710069 西北大学信息科学与工程学院陕西西安710069

我们提出了两个比常用氮当量方程更接近Kamlet-Jacobs方程结果的预测CHNO炸药爆速(D)和爆压(p)的经验氮当量方程。

关键词： CHNO炸药爆速爆压氮当量方程

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4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯的热安全性和密度泛函理论研究(英文)

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火炸药学报 2013年第5期36卷 8-15页

作者：胡荣祖马海霞赵凤起高红旭张海姚二岗赵宏安西安近代化学研究所陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析和计算化学研究所陕西西安710069 西北大学化工学院陕西西安710069 西北大学信息科学与工程学院陕西西安710069

为评价4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯(TNETB)的热安全性和得到计算其热安全性参数用的基本数据,用经验式估算了比热容(Cp)和热导率(λ)。用热力学公式计算了TNETB的标准燃烧焓ΔcHθm(TNETB,S,298.15K)和标准燃烧能ΔcU(TNETB,S,29... 详细信息

为评价4,4,4-三硝基丁酸-2,2,2-三硝基乙酯(TNETB)的热安全性和得到计算其热安全性参数用的基本数据,用经验式估算了比热容(Cp)和热导率(λ)。用热力学公式计算了TNETB的标准燃烧焓ΔcHθm(TNETB,S,298.15K)和标准燃烧能ΔcU(TNETB,S,298.15K)。用Kamlet-Jacobs公式估算了爆速、爆压和爆热。用经验式估算了分解热(Qd)。通过DSC曲线和高灵敏布鲁顿玻璃薄膜压力计测得的逸出气体标准体积(VH)-时间(t)曲线,得到TNETB放热分解反应的动力学参数。用上述基本数据得到了评价TNETB热安全性的参数:自加速分解温度(TSADT)、热爆炸临界温度(Tbe和Tbp),绝热至爆时间(tTlad),撞击感度50%落高(H50),热点起爆临界温度(Tcr),被350K环境包围的半厚和半径为1m的无限大平板、无限长圆柱和球形TNETB的热感度概率密度函数S(T),相应于S(T)-T关系曲线最大值的峰温(TS(T)max),安全度(SD),临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE)。用量子化学计算方法分析了TNETB的优化构型、前沿轨道能量、原子电荷和布局。结果表明:(1)TNETB有较好的热安全性和对热抵抗能力,与RDX相比,TNETB难从热分解过渡到热爆炸;(2)不同形状大药量TNETB热安全性降低的次序为:球>无限长圆柱>无限大平板;(3)O25,O26和C13是TNETB分子中的活性原子;(4)加热TNETB到一定温度,C2-C13键首先断裂;(5)TNETB有高的燃烧能,高的爆轰化学能(爆热)和接近RDX的爆炸性能。冲击感度优于PETN和特屈尔,可用作注装炸药主组分。

关键词：物理化学 TNETB 热分解热安全性热爆炸理论计算量子化学

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从DSC曲线峰温和峰温处的反应深度计算/确定含能材料放热分解反应动力学三因子的方法

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火炸药学报 2010年第1期33卷 50-52页

作者：胡荣祖赵凤起高红旭赵宏安张海西安近代化学研究所陕西西安710065 西北大学数学系/数据分析及计算化学研究所陕西西安710069 西北大学信息科学与技术学院陕西西安710069

提出了从不同恒速升温条件下的DSC曲线峰温(Tp)和Tp时的反应深度(pα)计算/确定含能材料放热分解反应动力学三因子[E、A和f(α)]的方法。用该法得到2,6-二(2,2,2-三硝基乙基)-4,8-二硝基甘脲、1,4,5,8-四硝基-四氮杂双环[4.4.0]癸烷和二... 详细信息

提出了从不同恒速升温条件下的DSC曲线峰温(Tp)和Tp时的反应深度(pα)计算/确定含能材料放热分解反应动力学三因子[E、A和f(α)]的方法。用该法得到2,6-二(2,2,2-三硝基乙基)-4,8-二硝基甘脲、1,4,5,8-四硝基-四氮杂双环[4.4.0]癸烷和二(1,3-二硝基-1,3-二氮杂环已酮-2)的放热分解反应的动力学三因子。

关键词：物理化学放热分解反应动力学三因子含能材料恒速加热速率 DSC

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