Sabatier反应器的小型化研究

针对中长期载人航天CO2处理与O2循环再生问题,在Sabatier反应热力学分析的基础上,通过优化反应器高低温区的反应温度及进出口温度并预测冷却气体的最佳流量及出口温度,提出了适于载人航天的Sabatier反应流程及基于微化工技术的微反应器设计方案,制造出一套地面Sabatier反应试验样机。在H2/CO2摩尔比为3.5、原料气流量为4.3 L/min、高温反应器温度为260~268℃、低温反应器温度为210~235℃的条件下,实现了4500小时稳定运行、H2转化率大于98%、系统压力降小于4 k Pa的结果,为未来实用微反应器的设计奠定了技术基础。     

TMO复合催化剂对AP推进剂燃速催化作用研究

系统地考察了4种TMO催化剂(CuO、Fe₂O₃、Co₂O₃和Cr₂O₃)及其等质量比(1∶1)的6种TMO复合催化剂对AP/HTPB和AP/Al/HTPB两类复合固体推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明, TMO复合催化剂对推进剂燃速的影响可分为正协同效应、无协同效应和负协同效应3类;具有正协同效应的TMO复合催化剂提高燃速效果最佳, TMO复合催化剂对AP复合推进剂燃速的影响取决于推进剂的种类, 协同效应的类属和单一TMO催化剂的催化活性。      

Ru对铸造Ti-47Al合金高温氧化行为影响的研究

研究了Ru元素的添加对铸造Ti-47Al合金高温(800℃,900℃)氧化行为的影响.研究结果表明,Ti-47Al,Ti-47Al-1Ru合金800℃氧化时近似呈抛物线型增重,900℃氧化时呈线性增重.合金800℃的氧化皮主要分为两层:Al2O3+TiO2/Al2O3+TiO2+TiN (由外至内),而合金900℃的氧化皮主要分为三层:TiO2/Al2O3/Al2O3+TiO2 (由外至内),其中含Ru合金无次外层Al2O3层.1at%Ru的加入对合金900℃氧化性能有明显不利的影响.     

气氧/甲烷与气氢/气氧喷注器燃烧特性对比研究

为了获得气氧/甲烷与气氢/气氧两种推进剂组合燃烧特性的异同,将氢/氧气-气啧注器的设计经验用于气氧/甲烷气-气喷注器设计,在同一燃烧室中针对气氧/甲烷与气氢/气氧同轴剪切喷注器燃烧特性开展了数值仿真与试验研究.结果表明:在喷注器设计参数相似的情况下,气氧/甲烷喷注器尺寸与气氢/气氧喷注器尺寸相当;在相同的燃烧室设计压力、结构尺寸,以及两种推进剂组合均完全燃烧的情况下,要产生相同的推力,气氧/甲烷(混合比3.5)推进剂流量约为氢/氧(混合比6.0)推进剂流量的1.27倍,气氧/甲烷燃烧所需燃烧室特征长度约为氢/氧燃烧室特征长度的1.48倍,气氧/甲烷燃烧室壁面热载约为氢/氧燃烧室壁面热载的一半.     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

AP/HTPB复合推进剂的催化热分解研究

本文研究了CuO、Cr_2O_3、Co_2O_3、PbO、Cu_2(OH)_2CO_3、Co_2(CO_3)_3、Cr_2(CO_3)_3、PbCO_3以及这些碳酸盐的煅烧产物对AP、HTPB和AP/HTPB复合推进剂热分解性能的影响.由此发现,煅烧碳酸盐制得的CuO与Co_2O_3.对提高AP/HTPB复合推进剂的燃速具有协同催化效应,并能降低燃速压力指数.     

含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量研究

利用渐近均匀化方法对含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料(FGM)的弹性模量进行了研究。通过与实验对比,验证了渐近均匀化方法预测含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的可行性,并在忽略孔隙个数等次要因素的情况下,拟合得到了与孔隙率和Al_2O_3体积分数相关的含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的预测公式。研究结果表明:细观孔隙在Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量预测中并不能被忽略。在相同孔隙率下,孔隙的个数对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量影响较小,而孔隙的大小和位置对弹性模量有着明显的影响,在Al_2O_3的任何体积分数下,Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量含随机孔隙的均低于均匀分布孔隙的。孔隙率也对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量有着明显的影响,随着孔隙率的增加,材料的弹性模量逐渐下降,且随Al_2O_3体积分数的增加下降幅度增大。     

射流式气动雾化喷嘴雾化性能试验研究

针对1种带出口扩张段的射流式气动雾化喷嘴,将气液比的2个影响因素空气流量及燃油流量分开,通过试验分析了空气流量、燃油流量、气液2相相对速度分别对雾化性能的影响规律。采用相位多普勒激光测试仪测试喷雾下游雾化粒径,通过CCD相机及片光源拍摄其雾化锥角。结果表明:空气流量相比于燃油流量,对该型气动雾化喷嘴的雾化性能影响更大;当气液比一致时,气液2相相对速度越大,雾化粒径越小,雾化锥角越大;当气液比为0~2时,随气液比的增大,雾化锥角逐渐增大,雾化粒径逐渐减小;在气液比趋近于2时,雾化锥角达到最大值,雾化粒径达到最小值;当气液比大于2时,雾化锥角略微减小,雾化粒径基本保持不变。     

碳硼烷酚醛树脂的合成及性能研究

以m-碳硼烷为原料,通过Ullmann反应和脱甲基反应获得1,7-二(4-羟基苯基)-m-碳硼烷(1),进一步得到热固性的碳硼烷酚醛树脂(preP1),研究了反应温度、反应时间、摩尔比、催化剂种类和用量对碳硼烷酚醛树脂合成的影响。通过1H-NMR、FTIR等标准方法表征了单体和树脂的结构,并研究了固化物的热失重性能和高温结构转变行为。结果表明,催化剂为NaOH、控制和条件为100℃/8h时,得到数均分子量(M n)为1035的preP1,HRMS分析表明其主要成分为羟甲基化碳硼烷双酚A。preP1固化产物在氮气和空气气氛下900℃时的残炭率分别为88.9%和92.9%,远高于市售硼酚醛固化物。空气中preP1在685℃时B—H键与氧气反应生成含B—O—B键的三维网状结构,因此固化物发生明显增重。     

速度比对气-气喷嘴燃烧性能的影响

为研究应用于全流量补燃循环发动机的气-气喷嘴,开展气氢/气氧为推进剂的同轴剪切喷嘴的热试试验研究。通过测量燃烧室压力和燃烧室壁面温度,研究氢氧速度比变化对燃烧效率和对燃烧室热载荷的影响。结果显示燃烧效率受到速度比和推进剂喷射绝对速度的影响;燃烧室热载荷随速度比增大而增大。气-气喷注器的设计应选择小的氧喷注压降和适合的速度比。     

超高强度钢30Cr3SiNiMoVA的氢脆及应力腐蚀开裂敏感性

本文研究测定了30Cr3SiNiMoVA钢的氢脆敏感性和抗应力腐蚀开裂性能,试验结果表明:超高强度钢30Cr3SiNiMoVA淬火态和淬火回火态的试样经渗氢镀镉处理后,100小时未断的临界应力值σ_c分别为118和120kgf/mm~2,σ_c/σ_(bH)比值分别为0.56和0.57,对氢脆较为敏感。去氢处理后性能有所改善。用表面裂纹法测定该钢在0.5％K_2Cr_2O_7水溶液中的应力腐蚀临界强度因子k_(Is)cc为73kgf/mm~3/~2,K_(Is)cc/K_(Ic)为0.28,该钢在0.5％K_2Cr_2O_7水溶液中应力腐蚀开裂是敏感的。     

单喷嘴大流量气-气喷注器设计与试验

首先对典型单喷嘴氢/氧同轴剪切式喷注器燃烧流场进行了仿真计算,分析了其燃烧流场特性;并在同轴剪切式构型基础上,为增强掺混、缩短燃烧长度、以适用于大流量工况,进行了改进设计以及相应的数值模拟和试验研究.结果表明:具有高氢/氧动量比和氧喷嘴扩口设计的同轴喷注器可以有效地缩短燃烧长度,并具有良好的热载环境,能够适用于大流量工况.研究结果为设计高效率、可靠热防护的大流量气-气喷注器的设计打下基础,并提供设计思路.      

镁合金无熔剂熔炼用SF_6/CO_2配气及分配装置

一些镁压铸厂在镁合金无熔剂熔炼中使用SF_6/CO_2配气及分配装置(线路示意图见下图)。经长期使用、证明效果良好。主要气体CO_2和微量气体SF_6在混合器中混合(大约98-2％配比)混合气体进入分配管道并送至浇注、熔化,造型场地使用。在各使用点上气体的流量用流最计或阀门控制混合气大小。由于被周围空气冲淡,混合气体最终的浓度大约含有0.02％SF_6。     

~1H-NMR法研究Resole型酚醛树脂结构

利用~1H-NMR法对不同催化剂制得的Resole型酚醛树脂及有关模型化合物的结构进行了研究。实验结果表明,树脂中邻-酚醇(或称羟甲基)与对-酚醇之比(O/P)与所使用的催化剂类型、用量、苯酚/甲醛(P/F)摩尔比以及反应条件有关。由二步法合成(即先在酸性催化剂作用下合成Novolac型酚醛树脂,然后又在碱性催化剂作用下与甲醛进一步反应)的Resole型酚醛树脂的主要结构是各种取代的亚甲基桥(—CH_2—)。     

Al_2O_3/TiAl 复合材料的原位合成、结构与性能研究(英文)

以 Ti, Al, TiO2和 Nb2O5混合粉为原料,采用热压反应合成技术制备了 Al2O3/TiAl 复合材料。对复合材料的微观组织与力学性能进行了研究。结果表明:产物由γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3和 NbAl3相组成。原位反应形成的细小 Al2O3粒子主要分布在基体晶界处。随着 Nb2O5含量的增加,晶粒明显细化,Al2O3粒子呈弥散分布在基体中。最终形成了由γ和γ α2构成的特殊组织。随着 Nb2O5含量的增大,复合材料的硬度逐渐增大,抗弯强度和断裂韧性在 Nb2O5含量为 6 wt%时达到最大,分别为 398.5 MPa 和 6.99 MPa·m1/2。     

对“直接式炉气渗碳及其可控性”一文的看法

渗碳过程中的炉气调节或碳势控制是一个比较复杂的问题。较为成熟的是用发生炉制备的吸热式气氛的控制。即使通过调节炉气中CO_2含量来达到控制碳势目的的方法也还是相当粗略。其原理都是建立在气体平衡反应的基础上,滴注式气氛也不例外。但实际的反应平衡需要相当长的时间,而且整个过程又是在气体不断补充和不断排出的条件下进行,因此所有的控制方法都不是在平衡条件下完成调节过程。此外,气体反应的平衡常数只是在某一固定温度下才有固定值,而实际上炉温自动调节过程都不可避免地伴随有一定程度的上下波动。这些都给炉气或炉气碳势的精确控制带来困难。     

块状RF 有机气凝胶的常压干燥制备及结构控制

以间苯二酚和甲醛为原料,无水碳酸为催化剂,在常压干燥条件下可成功制备出具有良好纳米网络结构的RF气凝胶。采用SEM、比表面测量仪及孔径分布仪(BET)等测试手段对其结构进行了表征与测试。结果表明,通过改变R/C可以实现有机气凝胶的颗粒直径及孔洞由纳米到微米级的连续调节.此外采用常压干燥法所得到的有机气凝胶样品具有321～632 kg/m3的低密度,其中密度为428 kg/m3的样品的比表面积为188 m2/g。     

微量Al 掺杂对2D C/ SiC 性能的影响

以二维编织碳纤维碳布为预制体,采用聚铝碳硅烷(PACS)为聚合物前驱体,应用化学气相渗透(CVI)结合聚合物浸渗-裂解(PIP)工艺制备微量Al掺杂2D C/SiC复合材料。研究微量Al掺杂对C/SiC微观结构、力学、热膨胀和氧-乙炔焰烧蚀性能的影响。结果表明:掺杂微量Al未改变C/SiC的微观结构和热膨胀性能,也未降低其韧性和强度;但微量Al掺杂提高了C/SiC的抗烧蚀性能,含微量Al的SiC氧化形成微量Al熔于SiO2的固熔体,微量Al提高了SiO2的黏度和致密度,减小SiO2挥发,较未掺杂Al的C/SiC相比,线烧蚀率降低了26%。     

烧蚀反应动力学参数的确定

本文提出了一种理论模型与实验相结合确定碳基材料烧蚀反应动力学参数(活化能和指前因子)的方法。首先建立了碳基材料热化学烧蚀的湍流边界层模型,运用数值方法对边界层守恒方程组、表面烧蚀和固相热传导进行耦合求解,计算过程中不需要事先假设烧蚀的控制类型。其次,在电弧加热器中模拟火箭发动机喷喉的烧蚀环境进行烧蚀材料与氧化性气体反应的烧蚀实验。最后,运用所建立的模型和在电弧加热器上的实验结果进行预测比较,确定烧蚀反应的动力学参数。作为实例,确定了石墨与CO_2的烧蚀反应的动力学参数。     

CVD-SiC 涂层的C/ C-SiC 复合材料的抗烧蚀性能

采用CVD法,1 050℃在三维针刺C/C-SiC复合材料表面制备SiC涂层,研究稀释气体与载气流量比分别为4∶1和2∶1制备条件下涂层的晶体结构、表面和断面的微观形貌,对比了涂层前后C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能.结果表明:稀释气体流量降低其制备的SiC涂层更加平整致密,与基体结合程度更好,沉积产物均为单一的β-SiC结晶相.在600 s的氧化烧蚀下,两种流量比条件下制备CVD-SiC涂层的C/C-SiC复合材料的线烧蚀率比未涂层的分别降低34％和50％,质量烧蚀率分别降低70％和75％,抗氧化烧蚀性能明显提高.