C/H/O/N/B体系气相燃烧化学动力学模型及计算研究

为了更加深入地研究硼粒子的点火和燃烧机理,在Pasternkck和Zhou的模型的基础上,通过补充基元反应和修正基元反应的动力学参数,建立起了新的C/H/O/N/B体系气相燃烧动力学模型,该模型包含31种组分,190个正反基元反应。采用新的模型对贫氧体系气相燃烧过程进行计算,并改变体系的初始温度及压强,研究其对平衡温度和硼的氧化物平衡摩尔分数的影响。计算结果表明:(1)体系平衡后硼元素主要以硼的氧化物形式存在,其中BO和BO₂的摩尔分数随反应时间的增加先升高后降低,B₂O₃的摩尔分数随着反应时间的增加而不断升高。(2)提高初始温度和压强不但能使体系的平衡温度提高,而且能缩短体系达到平衡的时间。(3)提高初始温度会使B₂O₃更多地解离为BO和BO₂,不利于硼燃料能量的完全释放,但提高压强会抵制B₂O₃的解离,从而会在一定程度上提高硼燃料的能量释放。      

污染对氢-空气燃烧影响的化学动力学分析

本文作了H_2O、O、H、OH和NO对氢-空气燃烧影响的化学动力学计算.计算范围是:压力0.02～0.2MPa,初始温度:910～2000K,当量油气比为1.0.有限速率化学反应模型包括38个反应式和13种组分的H_2-O_2-N_2系统,模型反应了氢-空气化学反应的当前最新研究成果.计算结果表明,在某些温度范围内,H_2O、O、H、OH和NO对着火时间有很大影响.反应时间并不受初始成份中自由原子和基的影响,但是初始成份中含有H_2O,将缩短反应时间.本研究关系到污染对燃烧的影响以及对于超音速燃烧冲压发动机地面试验的影响.燃烧化学动力学显然是污染影响中的一个重要因素.     

不同气氛下硼燃烧发射光谱分析及火焰形态研究

为了揭示无定形硼粉在各种气氛下的燃烧特性,利用激光点火系统研究了硼粉的燃烧过程,采用先进的光纤光谱仪和高速摄影仪分析了火焰形态以及燃烧过程中的发射光谱。结果表明,硼在纯氮气氛中能自持燃烧,火焰呈现不明显的淡黄色;而在纯氧气氛中的燃烧则非常剧烈,火焰为硼燃烧特有的绿色。硼在纯氧气氛下燃烧发射出明显的BO2光谱及少量的BO光谱,波长547.1nm的谱峰强度最大。在纯氮气氛下未观察到明显的BN发射光谱。与氧气气氛相比,在水蒸气/氧气混合气氛下,没出现明显的BO2发射光谱。在氧氮气氛下,随着氧浓度的降低,波长471,492.9,518.1,547.1,579.1nm的BO2峰始终较为明显,而452和620.2 nm波段的BO2峰则逐渐消失。     

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。      

O3对射流火焰燃烧特性影响的数值研究

针对等离子放电生成O3对燃烧稳定性的复杂影响,基于数值模拟方法研究了不同O3浓度条件下的甲烷/空气射流火焰形态和典型燃烧组分变化规律.结果表明,O3的强氧化性可以使燃烧反应氧化区提前,火焰向来流方向发展从而起到稳定燃烧的作用;O3的存在能够降低火焰后方的CO浓度,加快热力型NO和快速型NO的生成速率,促进低温燃烧区内N...     

含硼推进剂一次燃烧固相产物氧化反应特性

对硼基推进剂一次燃烧固相产物进行研究,是获得硼基推进剂二次燃烧氧化特性的重要手段。为比较在硼基推进剂初始配方中添加KClO_4和CL-20两种含氧添加剂对其二次燃烧氧化特性的影响,通过场发射扫描电镜、常压热分析系统和自主研发的激光点火试验系统对硼基推进剂一次燃烧固相产物样品进行了试验研究。结果表明,样品的热氧化过程主要包含三次失重过程和一次增重过程。先后经历了H_3BO_3分解析出的水分蒸发、NH_4Cl分解、C和B_mC_n氧化、B的氧化过程。在硼基推进剂初始配方中使用CL-20代替KClO_4,可使样品的放热量由7.62kJ/g提升到8.33kJ/g。样品的激光点火燃烧过程中可以观察到B,C两种元素的特征光谱。添加了KClO_4的样品中还能观察到KCl的特征光谱。在硼基推进剂中添加CL-20比添加KClO_4更有利于其一次燃烧固相产物的点火和自持燃烧,可使其二次燃烧的平均燃烧温度由1512°C提升到1633°C。     

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。     

Y_2O_3对Cr-Nb合金高温抗氧化性能作用机制的研究

采用球磨+热压工艺制备添加0.5wt.%稀土氧化物Y2O3的Cr-Nb合金,研究了Y2O3对Cr-Nb合金在1100℃和1200℃高温氧化性能的作用机制.结果发现,Y2O3的加入,减缓了Cr-Nb合金在1100℃的氧化速度;虽然在1200℃氧化增重比未加Y2O3的Cr-Nb合金高,但是大大增加了氧化膜/基体的结合力,改善了氧化膜的抗剥落性,在一定程度上改善了Cr-Nb合金的高温抗氧化性能.     

空气污染组分H_2O和CO_2对乙烯点火特性的影响

超燃研究地面实验中通过燃烧加热方式获得的高焓气体中通常含有H2O和CO2等污染组分,污染组分可能造成地面实验与天空飞行中燃料的点火特性出现差异。为了正确评估这两种污染组分对碳氢燃料点火特性的影响,在预加热激波管上研究了H2O和CO2对乙烯点火特性的影响效应。以压力0.2MPa,化学当量比1和0.5乙烯在纯净气体中点火特性为基础,分别进行了单独加入7.5%,15%和25%的H2O,单独加入10%的CO2,以及同时加入25%H2O+10%CO2条件下,污染组分对乙烯点火特性影响的对比实验研究。结果表明:在贫油条件下(Φ=0.5),单独污染组分H2O和CO2对乙烯的点火基本没有影响;在化学当量比条件下(Φ=1)时,H2O和CO2分别对乙烯的点火具有一定的阻滞作用;当H2O和CO2同时存在时,污染组分在较大温度范围内表现出对乙烯点火的阻滞作用。从燃烧反应机理和热物理性质的角度对实验结果进行了初步分析。     

氧弹法测量硼粉燃烧热值的方法学研究

硼是一种高能固体燃料，其燃烧热值的准确测定十分重要。用甲醇-水混合溶剂洗脱去除硼粉表面的氧化物，然后用氢氧化钠溶液滴定洗脱液中硼酸含量，计算得到500nm原始硼粉表面氧化层平均厚度为1.8～5.5nm,40nm原始硼粉表面氧化层平均厚度0.5～1.6nm，采用氧弹法测定了500nm和40nm原始硼粉及其去除氧化物后的燃烧热值，通过滴定法分析燃烧产物中硼酸含量，换算得到实际燃烧的单质硼质量，从而计算出单质硼燃烧热值。实验结果表明，500nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为55.2±0.8kJ·g^-1和55.4±1.2kJ·g^-1，两者非常接近，且落在文献值范围内；40nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为53.3±0.9kJ·g^-1和51.6±0.9kJ·g^-1，略低于文献值。为了准确测量单质硼的燃烧热值，宜选择颗粒尺寸较大(如500nm)的硼粉样品。在上述厚度范围内，氧化层对500nm原始硼粉或40nm原始硼粉的燃烧效率均无影响。当硼颗粒的尺寸为40...