含能纳米流体型燃料研究进展

含能纳米流体型燃料是将含能纳米颗粒均匀分散于液体基础燃料中制得,具有高密度、高体积热值等特性,是高能量密度燃料的重要研究方向。本文首先总结了含能纳米颗粒的固、液和气相制备方法及纳米流体型燃料的一步和两步制备方法,阐述了范德华力、空间位阻、静电斥力以及溶剂化排斥协同作用以稳定固液两相的原理,介绍了纳米流体燃料稳定性评价方法 （沉降与离心法、粒度观测法、光谱吸收法等）及提高燃料稳定性的途径（添加表面活性剂、纳米颗粒表面改性等）;进一步,解析了纳米颗粒表面改性同时提高燃料稳定性和燃烧特性的作用机制,分析了含能纳米颗粒提高燃料能量密度和燃烧速率、缩短点火延迟时间的机理。然后,综述了含能纳米流体型燃料凝胶化的研究进展,该燃料以凝胶态储存,经剪切或升温变稀后以纳米流体相态进行输送和雾化,是解决含能纳米流体型燃料沉降问题的重要手段。最后,提出了纳米流体型燃料的未来研究方向,如合成新型基础燃料、设计含能小分子凝胶剂、开发低成本规模化制备工艺等。     

含有纳米铝颗粒的高密度悬浮燃料研究

铝颗粒是一种高密度高能量的燃料添加剂,研究了一条通过表面改性使纳米铝颗粒分散在液体碳氢燃料中,进而制备高密度悬浮燃料的路线。采用三正辛基氧膦对铝颗粒进行表面改性,表征了改性颗粒的结构和在燃料中的分散稳定性,测试了悬浮燃料的密度、能量和粘度。结果表明,表面改性能够阻止铝颗粒的团聚和沉降,使其较长时间内稳定分散在高密度燃料HD-03中;含有铝颗粒的悬浮燃料的密度和体积热值显著提高,保持液体状态和良好流动性。其中,含有10wt%和30wt%铝颗粒时的燃料密度分别为1.06g/m L,1.14g/m L,体积能量分别为44.3MJ/L,45.4MJ/L,动力粘度分别为80m Pa·s,2000m Pa·s。     

纳米锑颗粒的制备及其分散性研究

采用电化学方法电沉积制得不同形貌及粒径的纳米锑颗粒,并在制备过程中使用OP-10对纳米锑颗粒表面进行了原位改性.通过TEM、XRD、FTIR等方法对纳米锑颗粒的形态、物相和包覆效果进行表征.结果显示,纳米锑颗粒的制备具有时间效应和电流效应.随着反应时间的加长,纳米锑颗粒粒径变大,且在某种程度上存在着团聚现象;电流密度在一定范围内,适当增大电流密度有利于纳米锑颗粒的形成.纳米锑颗粒的表面改性,主要是通过OP-10的长链分子结构与纳米锑颗粒之间的化学吸附以及OP-10的长链烷基分子之间的氢键、范德华力相互作用,分子链相互缠结,部分通过C-H键互相渗入,最终有效地包覆在纳米锑颗粒表面来达到其表面改性效果,同时在反应过程中醚键也起了一定作用.纳米锑颗粒在纯液体石蜡油中的分散稳定性能与其添加量有关,其最佳添加量为0.5％.     

玄武岩纤维表面涂层改性研究

采用溶胶-凝胶技术制备有机/无机纳米杂化涂层材料,通过红外光谱和原子力显微镜技术对该材料进行表征分析,结果表明合成了环氧/SiO2纳米杂化材料.采用合成的纳米杂化浆料对玄武岩纤维进行表面改性,通过纤维表面形貌、纤维复丝拉伸强度和复合材料层间剪切强度分析,研究玄武岩纤维表面涂层改性效果.试验结果表明:采用适当浓度的涂层溶液对玄武岩纤维进行表面改性可以有效的增加纤维表面粗糙度,提高纤维复丝拉伸强度,改善复合材料界面粘接强度,说明玄武岩纤维表面涂敷有机/无机纳米杂化涂层的改性方法是确实有效的.     

相变材料微胶囊表面吸附纳米颗粒对传热过程的影响

通过对相变材料微胶囊、纳米颗粒和基液之间传热过程的仿真计算,分析了纳米颗粒的数目、粒径和热导率对微胶囊与流体之间传热Nu的影响.进而采用数值方法研究了吸附纳米颗粒后,微胶囊-流体传热系数的提高对相变过程的影响,研究结果为纳米颗粒的强化传热机制提供了部分理论依据.      

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。     

金属推进燃料的研究进展

在化学燃料中,使用金属燃料对提高火箭发动机的性能是很有前途的。本文综述了近年来关于金属推进燃料的研究。其中包括金属燃烧的特点,在冲压发动机和火箭发动机中使用金属燃料存在的问题和初步解决方法,总结了近年来的主要研究内容和现存的问题。最后,展望了金属推进燃料的使用前景,并对我国当前如何着手这类课题的研究提出了一些初步看法和建议。文中列出了几类金属的物化性质和几种较新的含金属固体推进剂的性能数据。     

含铝金属化浆体推进剂火箭发动机燃烧性能试验研究

为研究含铝浆体推进剂的燃烧特性,对浆体推进剂模型火箭发动机开展了一系列试验研究。分别将质量分数为21%的纳米铝粉颗粒以及质量分数为12%的氢化铝复合粒子加入到JP-10燃料中,对比分析了浆体燃料与纯净燃料在燃烧性能方面的差异。燃烧试验的氧燃比为1.6~2.0。试验结果表明:与纯净JP-10燃料相比,加入金属颗粒的JP-10浆体燃料在雾化和燃烧过程中产生了严重的结块聚集效应,导致其燃烧效率与质量比冲明显降低,而由于浆体燃料密度远大于纯净JP-10燃料,含纳米铝颗粒的浆体燃料的密度比冲相比于纯净JP-10燃料有大幅提高,提高幅度为5.5%~14.6%。试验还发现浆体燃料的点火延迟略低于纯净JP-10燃料,金属颗粒的加入对推进剂点火性能有积极的影响。试验中采集了喷管出口的固体燃烧产物并进行了XRD,EDS,SEM,TEM等多种手段分析,发现浆体燃料中铝的氧化率约为64%~74%,颗粒团聚现象明显,主要呈球形,尺寸分布不均,约为500nm~3μm。     

改性环氧树脂的低温力学性能研究进展

近年来,随着国防、航天、大型低温工程(EAST和ITER等)和应用超导等高科技领域的迅猛发展,环氧树脂在低温下的应用愈来愈广泛.本文主要从改性环氧树脂的拉伸强度和冲击韧性两方面,对其低温下的力学性能研究进展进行论述.研究显示,柔性改性和纳米填料改性都可以提高其低温力学性能(拉伸强度和冲击韧性),相关研究工作为改性环氧树脂在低温环境下的应用提供了依据.     

基于产物分析的铁粉燃烧器燃烧特性实验研究

铁粉是一种潜在的绿色可再生金属燃料。为了探索铁粉燃料使用的可行性,改进铁粉燃烧器的设计方法,研究铁粉的燃烧特性,进而实现铁粉燃烧后能量的有效利用,文中采用自主设计的金属铁粉燃烧器,实现了铁粉与空气在常压下的自持燃烧,进一步研究了铁颗粒燃烧后产物的变化规律。在点火燃烧实验中发现,铁粉的最佳点火浓度条件在0.95～1.28kg/m³。利用扫描电子显微镜（SEM）、激光粒度分析仪（LPSA）、聚焦离子束（FIB）和X射线衍射（XRD）等诊断手段对燃烧产物进行了分析。结果表明,铁颗粒燃烧后颗粒形貌由不规则形最终变成球形,在燃烧过程中生成的产物会直接包裹在金属液滴的表面导致产物的粒度增大,在空燃比为0.55时,粒度的增大率为1.2,富燃条件下,随着空燃比的提高,产物的增大率变大。使用相图预测了铁颗粒在燃烧过程中出现的多层结构,利用FIB方法进一步分析了铁颗粒在燃烧反应中间阶段的层结构由外向内分别为Fe₂O₃,Fe₃O₄,FeO和Fe。     

铝合金材料表面改性研究进展

评述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，重点介绍了溶胶-凝胶、稀土转化膜、激光熔覆、阳极氧化和等离子体微弧氧化等方法在铝合金表面制备膜层的原理、特点及研究成果，并对等离子微弧氧化技术提出了展望。     

纳米粒子表面改性的研究进展

概述了无机纳米粒子表面改性的重要性，重点阐述了不同的表面处理方法及粒子与多种改性剂之间的相互作用机理。指出纳米粒子改性的目的在于降低粒子的表面能，改变粒子的表面极性，提高粒子与基体的亲和力，减少粒子间的团聚，促进纳米粒子在聚合物基体中的分散。     

表面改性方法对高强钢胶接力学性能的影响

主要研究和介绍了表面改性方法对高强钢胶接力学性能的影响。并对各种表面改性方法进行了分解和剖析,提出了针对高强钢的有效表面改性方法,同时也对不同类型的胶粘剂对高强钢的胶接力学性能影响进行了对比和分析。     

硅烷偶联剂改性Al2 O3p/TDE-85 的力学性能

利用硅烷偶联剂对Al2O3颗粒进行表面改性,制备了Al2O3颗粒增强的TDE-85树脂基复合材料,研究了表面改性对其力学性能的影响,采用差热分析仪测定复合材料的固化反应温度,并计算了固化反应活化能。利用扫描电子显微镜分析了拉伸断口形貌。研究发现,当Al2O3用量为2wt%时,固化反应速度较快,硅烷偶联剂用量为4wt%时,冲击强度为13.2 kJ/m2;拉伸强度为65.2 MPa;弹性模量为2.66 GPa;最大伸长率为3.35%,此时对Al2O3颗粒的表面改性综合效果最好。     

无机纳米粒子/环氧树脂基复合材料的研究现状

系统地综述了近年来纳米改性环氧树脂基复合材料的研究现状。介绍了环氧树脂基纳米复合材料的制备方法和无机纳米粒子的表面修饰方法，分析了环氧树脂基纳米复合材料的形成机理和固化反应动力学，概括了此类复合材料的性能特点并展望了环氧树脂基纳米复合材料未来的发展和应用前景。     

微重力环境金属燃烧试验研究进展

以自由落体、抛物线飞行和模拟微重力流场3种典型的微重力试验原理,综述了微重力环境下气溶胶、颗粒和棒状3种形态的金属材料燃烧研究,包括镁、铝、钛等。详细介绍了微重力对金属燃烧速度、火焰结构、相变过程及特有的燃烧现象等特性的影响机理,阐述了微重力环境对揭示金属燃烧固有属性的优势,综述了现有微重力试验系统的优缺点和模拟微重力流场方法的可行性。研究结果表明:由于创造微重力环境较难且成本较大,限制了金属燃烧固有属性及弱效应对其影响的研究。建议从微重力试验条件、弱效应对金属燃烧行为的影响、微重力下传热传质变化对燃烧化学反应的微观影响机理方面进一步研究。      

Experimental studies on the burning of coated and uncoated micro and nano-sized aluminium particles

Two different approaches are used in this work to reduce the burning times of aluminium particles with the ultimate goal to improve the performances of solid propellants. One method is to coat the micro-sized particles by nickel, and the second is to decrease the particle sizes to nano-metric scales.A thin coating of Ni on the surface of Al particles can prevent their agglomeration and at the same time facilitates their ignition, thus increasing the efficiency of aluminized propellants. In this work, ignition and burning of single Ni-coated Al particles are investigated using an electrodynamic levitation setup and laser heating of the particles. The levitation experiments are used to measure the particle ignition delay time and burning time at different Ni contents in the particles.Decreasing the size of Al particles increases their specific surface, and hence decreases the burning time of the same mass of particles. In this investigation, a cloud of Al nano-particles formed in a combustion tube is ignited by an electric spark. The cloud experiments are used to measure comparative flame front propagation velocities for different Al particle sizes with and without organic coating.The results and their analysis show that both methods reduce the Al burning time. Ni coating reduces significantly the ignition time of micro-sized Al particles and hence the total burning time compared to non-coated particles. Nano-sized particle clouds burn faster than micro-sized Al particle clouds.     

橡皮囊液压成形回弹补偿技术比较分析

橡皮囊液压成形工艺是航空钣金成形的主要方法之一,而回弹是影响其产品制造精度的主要缺陷。为提高航空钣金零件制造精准化制造水平,国内开展了大量的研究和实践,但各种方法的工程化应用程度并不理想。针对基于数值模拟的回弹预测方法和基于零件几何特征的快速回弹补偿方法进行综述,对比分析了两种方法的优缺点,并结合航空企业工程化应用实际需求提出将两种方法相结合的解决方案。     

铝粒表面微凸起对凝聚产生的影响

为进一步研究非球形铝粒表面微凸起对含铝推进剂凝聚燃烧的影响，用Young-Laplace公式和化学势的微分式，推出非球形铝粉凝聚起始温度下降公式。发现铝粒表面微小凸起的平均半径越小，则铝粉凝聚起始温度就越低，其影响不容忽视。用电化学微电池理论，阐明了铝粉与NaOH溶液的反应机理。铝粒与NaOH溶液构成局部腐蚀电池，金属铝在阳极上失去三个电子，发生氧化反应。由于非球形铝粒组织和物理状态的均匀性比球形铝粒的差，表面的微电池数目比球形铝粒的多，因此有较大的反应速率。