近日，程扬帆教授课题组硕士研究生佘骏原在储氢合金冲击反射点火燃烧研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Effects of particle sizes on the deflagration behaviors of suspended titanium and titanium hydride powders under shock reflection ignition”为题发表于知名期刊《International Journal of Hydrogen Energy》。论文第一作者为2024级硕士研究生佘骏原，通讯作者为程扬帆教授。
钛金属凭借高强度、低密度和优异的耐腐蚀性，在航空航天、海洋工程及生物医学领域应用广泛；而氢化钛（TiH2）作为一种高储氢密度、安全可逆的金属氢化物，兼具高反应活性金属燃料与固相氢载体的双重特性。在温压武器爆炸释能及工业生产粉尘爆炸事故中，冲击波与粉尘的相互作用均涉及流体动力学与化学反应的非稳态强耦合，其瞬态能量释放机理的揭示对于新型毁伤武器研发和工业安全防护均具有重要意义。然而，目前对金属粉末在冲击反射点火条件下的粒径效应及温度场演化规律仍缺乏系统认识。
储氢合金在激波冲击下的纹影图像
程扬帆教授课题组长期深耕储氢含能材料爆炸毁伤与安全防控领域。本研究借助双爆膜激波管实验平台，融合纹影成像、动态压力测试与比色测温等跨物理场诊断技术，系统探究了三种不同粒径的钛粉与氢化钛粉在冲击反射点火条件下的流场演化、燃烧压力及火焰传播特性。实验发现，氢化钛粉尘燃烧对激波波前产生显著扰动，波后褶皱结构出现更早（氢化钛在20 μs即出现明显褶皱，而钛粉在30 μs才出现）、分布更密。粒径越小，最大压力上升时间越短、点火敏感性越高——11.48 μm氢化钛的最大压力上升时间仅0.164 ms。
（a）Ti与(b) TiH2粉尘经反射冲击波引燃后峰值压力值下降趋势的比较
与钛粉不同，氢化钛在高温下分解释放氢气（TiH2→Ti+H2），引发二次燃烧，压力曲线呈现显著的多峰振荡和反弹特征，燃烧强度更为剧烈。比色测温进一步揭示，氢化钛燃烧过程中外焰温度始终高于内焰，呈现显著的”温度边缘化”特征，验证了氢气优先在粉尘云边缘混合燃烧的微观机制。
(a) 12.56 μm Ti 与 (b) 11.48 μm TiH2粉尘火焰的二维动态温度分布
综合对比表明，在冲击反射点火条件下，氢化钛在点火速度、反应强度及能量释放持续性方面均优于同粒径钛粉，粒径越小优势越显著。该研究系统揭示了钛系储氢合金在冲击波加载条件下的跨尺度燃烧机理，从宏观爆炸效应与微观反应路径两个维度深化了对储氢温压炸药能量释放机制的科学认知，为新型高毁伤温压炸药的配方优化与储氢含能材料的安全应用奠定了坚实的理论基础。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目（Nos. 52304201；12272001）的联合资助。程扬帆教授课题组长期聚焦爆炸毁伤与安全防控领域，在储氢材料燃爆机理、温压武器配方设计、金属粉尘爆炸机理及毁伤效能评估等方面积淀深厚，为本研究的开展提供了重要支撑。
