Ni包覆纳米Al粉在CO_2气氛中热反应特性及动力学研究

为解决点火困难、燃烧效率低的问题,采用热分析仪研究了镍包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛下的热反应特性和反应动力学。结果表明:对纳米铝粉表面进行镍包覆可有效降低纳米铝粉的着火温度,缩短其反应时间。升温速率在5℃/min,10℃/min和15℃/min时,镍包覆纳米铝粉与未包覆纳米铝粉相比,其着火温度分别下降了64.0℃,71.0℃和76.0℃;反应时间缩短了9.8min,6.6min和4.0min。采用Coats-Redfern法结合Malek法,选择合理的动力学模型并计算得到相应的反应动力学参数。结果表明,镍包覆纳米铝粉和未包覆纳米铝粉的氧化反应机理存在明显的差别;镍包覆纳米铝粉降低了其与二氧化碳反应的活化能,同时,研究发现,升温速率并不能改变未包覆纳米铝粉和镍包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛中的反应机理。     

不同电极材料下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

目前二硝酰胺铵(ADN)基液体推进剂在工程应用中均采用催化点火燃烧方式,而电点火可以避开催化剂高温失活、冷启动等问题。为了研究ADN基液体推进剂的电点火特性,在密封装置中开展了不同电极材料下推进剂液滴电点火实验,并研究了180V～230V电压范围内液滴着火延迟时间、着火持续时间以及燃烧过程的变化规律。结果表明:ADN基液体推进剂能够通过电阻加热点火方式点燃。采用钨丝电极时,着火延迟时间、着火持续时间和反应总时间均随着电压增加逐渐减小,在230V电压时相对于180V时分别减小了25%,56%和38%。采用钼丝电极时,着火延迟时间在180V～200V范围随着电压增加逐渐降低,在200V～230V电压范围内基本不变;着火持续时间总体上随着电压的增加而呈现略微增加的趋势,但增加幅度较小;反应总时间在180V～230V电压范围内基本稳定在1.5s左右。     

镁粉对铝/冰燃料燃烧特性的影响

为改善铝/冰燃料的点火燃烧性能,通过添加不同比例的镁粉制备成铝/冰基燃料,研究其对铝/冰燃料燃烧特性的影响。实验通过接触法测得铝/冰基燃料燃烧温度并采用高速摄影系统观测其燃烧现象。研究结果表明,铝/冰燃料中添加镁粉后在100~200℃即出现较为明显的氧化放热反应,镁粉可以明显降低铝/冰基燃料的起始反应温度,加快反应速率。在稳定燃烧阶段,随着镁粉添加量的增加,铝/冰基燃料燃烧剧烈程度降低。通过对燃烧产物的分析发现,添加镁粉后的燃烧产物形貌与未添加镁粉的产物形貌存在明显差别,且未完全反应的铝粉含量较多,燃烧相对不充分。     

含硼燃料在细管内点火燃烧特性的实验研究

为了获得适用于微推进器的含硼燃料的改进配方,利用热重分析实验台、激光点火实验台和电感耦合等离子体发射光谱仪,进行了氧/燃比和草酸对含硼燃料在微小圆管中火焰形貌、点火延迟时间、燃烧时间、燃烧剧烈程度、燃速和燃烧效率等点火燃烧性能的影响研究。实验结果显示:无草酸的样品,氧/燃比越大,硼的点火延迟时间越小,燃尽率越高;但燃速和燃烧剧烈程度越小。添加草酸后,硼的点火性能和燃尽率明显提高,比添加草酸前的点火延迟时间减小了545~595ms,燃尽率增大了31.41%~32.67%。     

高能量密度液体燃料的火箭发动机燃烧性能研究

为进一步提升火箭发动机的燃烧性能,采用模型火箭发动机研究了四种高能量密度液体燃料及一种添加纳米铝颗粒的纳米流体燃料的燃烧性能,分析几种燃料的燃烧效率、比冲、点火延迟时间等燃烧特性,以及纳米颗粒的燃烧产物。结果表明,在氧燃比为1.6～2.0的工况范围内,液体燃料的燃烧效率和质量比冲顺序为QC(四环庚烷)HD-01HD-03≈LGHD-03,密度比冲顺序为QC HD-03≈LGHD-03HD-01。QC燃料因其特殊的张力分子结构具备较高的密度、热值和化学活性,燃烧效率可达91.5%,质量比冲和密度比冲分别为230s和2276N·s/m3。向四环庚烷中添加15wt%纳米铝颗粒后,燃烧效率和质量比冲略有下降,但密度比冲可提高到2340N·s/m3,点火延迟时间较四环庚烷可缩短26ms,燃烧固体产物为碳,氧化铝和铝,纳米铝的燃烧效率约为91%。添加纳米铝颗粒的四环庚烷燃料是一种有潜力的新型液体高密度燃料。     

氢气添加对RP-3航空煤油着火特性的影响

为了揭示可燃小分子气体H2添加对RP-3航空煤油着火特性的影响,采用激波管实验装置对RP-3航空煤油的着火特性进行了实验测量,获得了多工况下RP-3航空煤油的着火延迟时间。以RP-3航空煤油的正癸烷、甲苯和丙基环己烷三组分模拟替代燃料的燃烧反应机理为基础,构建了RP-3/H2混合燃料的Zeng-Jachimowski燃烧反应机理,并对该机理进行了验证。采用该机理对RP-3/H2混合燃料多工况下的着火延迟时间进行计算与分析,结果表明:Zeng-Jachimowski机理可以较好预测高温条件下RP-3/H2混合气着火特性;当H2添加比小于70%时,着火延迟时间随H2添加缓慢减小,当H2添加比大于90%时,RP-3航空煤油/氢气混合气活性显著提升,着火延迟时间随H2添加急剧减小;通过对H,OH和O活性自由基的浓度及H自由基生成速率ROP分析解释了H2添加对RP-3航空煤油着火延迟时间的非线性影响。     

含硼富燃料推进剂点火特性

采用CO2激光点火装置研究了常压及亚大气压强下点火能量、组分含量变化等对含硼富燃料推进剂点火延迟时间的影响。结果表明,在所研究压强范围内,提高压强有利于含硼富燃料推进剂的点火;含硼富燃料推进剂中添加铝粉不利于含硼富燃料推进剂的点火性能改善;随高氯酸铵含量增加,含硼富燃料推进剂的点火延迟时间略有降低。     

氢气和过氧化氢对正癸烷燃烧特性影响的对比

氢气(H2)和过氧化氢(H2O2)具有较强的反应活性,能够增强碳氢燃料的燃烧过程。为了探究添加液态氢和液态过氧化氢对航空燃油燃烧特性的影响,以正癸烷为代理燃料,采用数值模拟方法对比研究了H2和H2O2对正癸烷/空气燃烧特性的影响。研究发现,随着H2O2的增加,点火延迟时间显著缩短;而随着H2的增加,初始温度为1100 K时,点火延迟时间基本不变,在初始温度为1600 K时点火延迟时间略有缩短。随着H2O2的增加,层流火焰速度有所提升,而H2添加量对层流火焰速度的提高相对而言较小。富油燃烧时,CO排放指数随H2O2和H2的增加有所降低,NO排放指数有所增长。低压贫油燃烧时,H2O2和H2添加量对CO和NO排放指数基本没有影响;高压贫油燃烧时CO排放指数有所降低,NO排放指数有所提高,H2O2添加量的影响更加显著。      

燃气发生器结构对燃烧性能的影响

为了确定最佳的燃气发生器结构,对不同结构的燃气发生器进行了对比试验,考察了喷嘴尺寸、燃烧室长度、燃烧室构型等因素对燃气发生器燃烧性能的影响.研究结果表明:在一定范围内增大喷嘴尺寸,燃烧性能基本不受影响,但却可以缩短燃气发生器的点火延迟时间,并且增大流量调节范围;增加燃烧室长度可以明显的提高燃烧效率;燃烧室的构型对燃烧性能有很大影响,收缩-扩张型着火段影响了燃烧过程,降低了燃烧效率,燃气发生器设计不宜采用这种构型.      

环境条件对铝粉颗粒燃烧产物凝聚的影响

采用金属颗粒蒸汽相扩散燃烧模型和燃烧产物多相成核理论,对铝粉燃烧所形成的Al₂O₃平均粒径进行了计算研究。根据计算结果,就环境因素对铝粉燃烧区域中的温度、燃烧产物的过饱和度及其凝聚成核速率的影响规律进行了分析讨论。结果表明:环境压强增加,铝粉燃烧温度和液滴表面温度提高,铝粉燃烧产物平均粒径降低;环境压强对参数分布特性的影响比环境温度的影响更为显着。      

Promotional effect of silica on the combustion of nano-sized aluminum powder in carbon dioxide

This paper presents how the combustion performance of nano-sized aluminum(nAl)powder in carbon dioxide are affected by silica. The ignition and combustion performance of nAl powder with silica addition were studied by a high-temperature tube furnace. An s-type thermocouple and a high-speed motion acquisition instrument were performed to evaluate the ignition temperature, maximum combustion temperature, maximum change of rate of temperature, and combustion propagation speed. The combustion effici...     

Effect of particle size and oxygen content on ignition and combustion of aluminum particles

Particle size and oxygen content are two of the key factors that affect the ignition and combustion properties of aluminum particles. In this study, a laser ignition experimental system and flame test system were built to analyze the ignition and combustion characteristics and the flame morphology of aluminum particles. A thermobalance system was used to analyze the thermal oxidation characteristics. In addition, the microstructure of aluminum was analyzed by scanning electron microscopy. It was found that the oxidized products were some of the gas phase products agglomerated. Smaller particle size samples showed better combustion characteristics. The combustion intensity, self-sustaining combustion time and the burn-off rate showed a rising trend with the decrease in the particle size. Increasing the oxygen content in the atmosphere could improve the ignition and combustion characteristics of the samples. Four distinct stages were observed in the process of ignition and combustion. Small particle size samples had a larger flame height and luminance, and the self-sustaining combustion time was much longer.Three distinct stages were observed during the thermal oxidation process. The degree of oxidation for small-sized samples was significantly higher than that for the larger particle size samples.Moreover, it was observed that the higher the oxygen content, the higher the degree of oxidation was.     

微环形腔内有氧条件下CH4/H2O/CO2催化重整反应特性数值研究

基于表面反应详细机理,数值研究了微环形腔内有氧条件下,组分、温度、质量流量对甲烷/水/二氧化碳催化重整反应特性的影响.结果表明:低温下,增大水的含量可提高产氢量,而增大二氧化碳含量对产氢量无明显影响.增大二氧化碳或水的含量,可提高甲烷转化率.低温下二氧化碳、水等组分的改变对甲烷重整反应的影响较小,高温下组分的影响增强.质量流量增大,出口氢气、一氧化碳质量分数和甲烷转化率明显降低.高流量下加入水或二氧化碳对甲烷转化率的影响已不再明显.当水(二氧化碳)作为产物时,质量流量的增大对其影响并不大;而做为反应物时,质量流量增大,使出口处水(二氧化碳)的质量分数升高.      

高能点火药点燃性能的研究

以 Co₂ 激光为能源对 Al+KClO₄ 高能点火药的点火特性进行了研究。结果表明:Al和KClO₄ 的质量比各为 50 %时,点火延迟时间最小。点火药中掺入少量硫粉能大大减少点火延迟时间。点火延迟时间随点火药的初温的升高而减小。点火延迟时间随点火热流密度的增大而减小。存在一个最小点火热流密度,小于此值点火药将不能被点着。在实验观察和理论分析的基础上,提出一个Al+KClO₄ 高能点火药的点火模型,并对由此模型而导出的控制方程进行了数值求解,计算结果与实验值相符。      

一种航空煤油数值模拟替代燃料的化学反应简化机理

通过对一种航空煤油数值模拟替代燃料(正癸烷)着火与燃烧的化学反应详细机理(包括67种组分,344个反应)进行反应流与敏感性分析,建立了该替代燃料的化学反应简化机理(包括50种组分,118个反应).分别采用详细机理与简化机理对正癸烷在激波管中的着火延迟时间、在预混燃烧炉内的燃烧过程进行了数值计算,并与实验结果进行了对比分析.结果表明:与实验数据相比,采用详细机理与简化机理计算得到的着火延迟时间、反应物与主要生成物的摩尔分数与炉壁距离的整体变化趋势吻合较好.正癸烷可以作为航空煤油的一种数值模拟替代燃料,同时,所建立的化学反应简化机理能很好的描述正癸烷着火与燃烧的动力学特性.      

CO2激光点燃点火药的试验研究

用CO_2激光点火试验设备,对Al KClO_4点火药进行点燃性能试验.试验结果表明,随着点火热流密度的增大,点火延迟时间减小.说明点火热流密度是点火药点燃性能中非常重要的控制量.点火药密度越小点火延迟时间也越小.在点火药主组分中加入少量固态硫作为粘合剂,会使点火药的点燃性能更好.     

低马赫数下多凹腔燃烧室非稳态燃烧过程

作为稳定火焰的有效手段之一,凹腔构型在冲压发动机燃烧室研究中占有重要地位。在对以煤油为燃料的多凹腔燃烧室冷/热态流动特性分析的基础上,重点研究低进口马赫数条件下燃烧室点火起动初期非稳态过程。结果表明：上游凹腔内大涡结构有助于提高燃料的驻留时间,未燃混气被高速主流带入下游凹腔内继续反应,进一步提高燃烧效率;燃油喷射速度决定被卷吸进回流区的燃油质量分数的大小,进而影响燃烧效率高低;燃烧室点火起动初期出现了主流熄火、火焰逆流传播以及主流再着火等复杂现象,火焰逆流传播现象是在上游凹腔内燃料自燃与下游燃烧释热压缩来流两种机制共同作用下完成的。     

基于HyChem方法的正丙基环己烷反应动力学模型

采用Hybrid Chemistry （HyChem）建模方法对正丙基环己烷开展模型研究,以七步集总反应对大分子燃料热解形成小分子产物这一过程进行建模,小分子产物氧化过程则以小分子详细机理USC Mech Ⅱ进行描述。将两个子机理结合构建了正丙基环己烷的HyChem反应动力学模型（包括112个组分和791个基元反应）,并通过流动管热解、点火延迟时间以及层流火焰速度的实验数据进行了模型验证。验证结果表明,正丙基环己烷HyChem反应动力学模型可以很好的预测正丙基环己烷热解过程中主要组分分布情况,在宏观燃烧参数的预测方面也有很好的表现,对点火延迟时间的计算相对误差为29.7%,对火焰传播速度的计算相对误差为11.1%。