Methane pyrolysis in preparation of pyrolytic carbon: Thermodynamic and kinetic analysis by density functional theory

The density functional theory has been successfully applied in analyzing pyrolytic carbon deposition by methane pyrolysis from the view of thermodynamics and kinetics based on a total number of 39 elementary reactions. M06-2X/def2-TZVP level was employed to optimize species structures and locate the transition states. The enthalpy changes and Gibbs free energy changes of all the reactions in the temperature range of 298.15–1800 K were derived with optimized species. Results show that the reacting temperature should be above 1200 K based on the equilibrium constant analysis, which is consistent with the typical reaction temperature adopted in experiments. Potential energy surface profiles report that radical attacking reactions have lower energy barriers than those direct decomposition reactions, especially hydrogen radical attacking reactions. The energy barriers of the first steps, dehydrogenations of methane and ethylene, are 272.4 kJ·mol⁻¹ and 288.9 kJ·mol⁻¹ at 1200 K, which are very close to the experimental activation energy for methane pyrolysis. The most favorable decomposition reaction path is the path of hydrogen radical attacking reactions. The highest energy barrier of the path at 1200 K is 185.7 kJ·mol⁻¹ presented by the C–H bond breaking in ethynyl attacked by hydrogen radical.     

热力学非平衡状态下DSMC绝热壁边界的抽样方法

从直接模拟蒙特卡罗仿真DSMC方法的实现途径出发,经过分析推导,给出了一种在考虑分子转动能、振动能等热力学非平衡状态下统计求解绝热壁温的DSMC抽样方法。然后采用锥体外形的算例验证,分析了该方法在实现绝热壁条件时的统计误差。计算结果表明,此种方法能够有效地实现DSMC方法壁面处的绝热壁条件,随着采样步数的增加,其边界条件实现时的统计误差不断降低,该方法收敛后的统计误差可降至0.5%,能够满足工程要求。     

低温推进剂地面加注系统冷量利用方案分析

为了降低低温推进剂损耗,提高利用效率,降低发射成本,提出了4套运载火箭低温推进剂地面加注系统的冷量利用方案。基于热力学原理,建立了非稳态数学模型,并以能量品质高低作为衡量方案优劣的标准,通过实例计算对比分析了各个冷量利用方案的可行性。研究得出4套冷量利用方案从热力学角度出发都是可行的,其中方案A和方案D最优,方案A可应用在目前现有低温推进剂地面加注系统中,而方案D则可应用于未来重型运载火箭低温推进剂地面加注系统之中。     

平流层飞艇热力学验证温度测量方法研究

平流层飞艇的热力学分析是平流层飞艇关键技术之一。针对热力学分析的工程验证及模型完善,提出了适合于平流层飞艇的艇囊内气体及囊体表面的温度测量方法,包括采集点的分布,传感器的选型,数据传输和处理及数据准确性评价等。经过两次平流层飞艇的缩比飞行试验,对比同艇发放的探空仪采集的温度数据,验证了该方法测量到的数据的准确性。     

卫星液体推进剂剩余量测量的热力学模型及其应用

通过对气体注入压力激励法测量卫星液体推进剂剩余量装置系统的详细热力学过程分析,建立了能满足实际测量需求的等温和绝热两种热力学模型,对具体测量模型的选用及相关问题进行了分析讨论,并在此基础上给出了两种模型在实际测量中的应用模式。     

热力学计算在新型热强耐蚀钢设计中的应用

运用Thermo-Calc计算软件分析碳化物对热作模具钢性能的影响,对新型热强耐蚀钢的合金成分进行了初步设计,并对该成分合金钢的组织性能进行了试验表征。结果表明,该钢种的基体组织为回火马氏体,其上有碳化物均匀,弥散分布;该钢种室温抗拉强度高达2 067 MPa,在620℃回火2 h时硬度为50HRC左右,在Na Cl腐蚀环境中耐蚀。     

燃烧室热力计算的一种新方法

本文根据燃气轮机燃烧室热力计算的“非迭代精确法”原理,推导了使用液体或气体燃料的燃气轮机.蒸气轮机联合循环研究中几种燃烧室热力计算的通用公式,并从两个不同角度,将其与国内常用的“等温焓差法”进行对比分析,揭示了它们之间的内在联系.     

固体发动机燃烧流动基础问题与研究建议

针对固体火箭发动机（SRM）的未来发展进行了探讨，提出了多学科协同的发动机总体设计优化技术、发动机精细化设计和性能精确调控技术、发动机虚拟试验与数字孪生技术以及发动机先进试验与测量技术是支撑固体发动机未来发展和应用的重要技术。为了实现固体发动机的细粒度建模、多维度设计和高精度仿真，在燃烧流动领域需要重点关注的基础问题包括：发动机环境下固体推进剂细观燃烧机理和燃烧模型、发动机内凝相运动行为模式及多相流输运规律、发动机非线性燃烧不稳定机理、凝相撞击壁面的行为模式和对壁面的力热作用规律、多相燃烧产物作用下绝热结构失效模式与破坏机理、多相燃烧产物生成与输运过程对能量转换的影响机理。最后提出了相关建议，以期更好地推动固体发动机燃烧流动领域的基础研究，更好地服务于固体发动机技术的未来发展。     

镁铝贫氧推进剂的能量分析

利用冲压发动机热力计算程序，对镁铝中能贫氧推进剂的能量特性进行了系统研究，并探讨了高能级分对该类贫氧推进剂能量性能的影响，研究结果表明，在镁铝中能贫氧推进剂中增加镁粉含量（或减少铝粉含量）贫氧推进剂的比冲下降，在一定空燃比范围内，增加空燃比有助于提高冲压发动机的比冲。提高贫氧推进剂中ＣＬ－２０和硼粉含量，可以显著提高共能量，而采用叠氮类含能粘合剂取代惰性粘合剂时贫氧推进剂的比冲降低。     

火箭发动机热力气动计算软件研制

介绍一处适用于固体和液体火箭发动机热力动计算自动化软件的功能和技术细节，该软件通用性广，适用性强，使用方便，已在ＰＣ兼容机上开发成功并投入实际使用。