自蔓延高温合成连接技术研究进展

从金属材料的自蔓延高温合成(SHS)连接以及金属与陶瓷的SHS连接的角度综述了SHS连接技术的发展现状，介绍了SHS连接的特点及其焊接工艺。     

高密实颗粒药床燃烧转爆轰的数值模拟

在实验基础上建立起描述多孔固体推进剂中燃烧转爆轰过程的一维反应两相流模型。用Ｍａｃ Ｃｏｒｃｍａｋ有限差分格式和自适应网格技术数值求解了控制方程。数值结果表明，在燃烧转爆轰的各个阶段，颗粒床都存在不同程度的动态压缩，压缩波和燃烧波的相互作用是燃烧向爆轰转变的内在原因。数值预测与实验结果进行了比较，两者有相当的一致性。     

氮气压力对自蔓延燃烧法合成AlN的影响

以铝粉、NH4F为原料,Nb为添加剂,在N2压力小于0.5 MPa条件下,用高温SHS成功地合成了AlN粉体。研究了添加剂和N2压力对燃烧合成的影响,运用TG/DSC考察了粉末原料的氮化过程,采用XRD、SEM对粉体的物相、显微形貌进行观察表征。研究结果表明,当Al/NH4F=4,在添加剂Nb的作用下,合成的AlN粉体颗粒分布均匀、氧含量低且具有良好结晶形态;在反应前、中期,合适N2压力有助于提高粉体的转化率。     

自蔓延高温合成(SHS)技术的新进展

着重综述了近年来自蔓延高温合成(SHS)技术一些新的研究进展，主要包括失重条件下的SHS、场激发SHS、SHS催化剂和载体、有机物的SHS、机械激发SHS和SHS纳米材料以及SHS产物耗散结构研究。     

混合气体燃烧中爆震波传播机理的研究

对混合气体燃烧中爆震波的传播机理进行了分析研究，建立了确定爆震波速度的方法，并计算了在液体燃料（汽油、煤油）与空气混合气体燃烧中产生的爆震波特性参数，为脉冲爆震发动机的实验研究和设计提供理论依据。     

活性粒子对H2/Air混合物燃烧影响的研究

等离子体助燃（PAC）是航空动力领域中的一项新技术。活性粒子在等离子体助燃计算中一直是一个难题,文章建立H2/Air燃烧的化学动力学模型,计算与分析了在非平衡等离子体条件下,气体放电产生的活性粒子（O,H）和活性基（OH）在不同当量比下对燃烧过程中参与燃烧的组分以及温度和压力的影响,为航空发动机燃烧室等离子体助燃实验研究和实际应用提供理论依据。数学模型的计算结果显示等离子体助燃可以提高反应效率,减少燃烧上升时间,提高燃烧温度和火焰传播速率,强烈影响H2/Air混合物燃烧。     

原位钛基复合材料中TiB的生成热力学及动力学

采用自蔓延高温合成（SHS）、感应熔炼和熔模精铸相结合的方法，利用Ti—B—Al体系制备出了原位自生TiB增强的钛基复合材料。借助XRD、SEM和TEM分析了复合材料的物相和增强体的形态。结果表明：在复合材料中只存在TiB增强体和Ti，无TiAl3杂质相形成，TiB增强体呈柱状短纤维，这与其B27晶体结构有关，且增强体／基体界面清洁无杂质污染，并从热力学和动力学两方面论述了在Ti—B—Al体系中制备TiB增强体的生成机制：在Ti-B—Al体系中，Al首先受热熔化使得Ti和B相继溶解于Al液中；Ti与Al之间先行发生化学反应形成Ti—Al金属间化合物，放出的热量进一步引发了溶解于液相中的B和Ti产生高温自蔓延形成Ti—B化合物。以热力学理论分析，应最终形成TiB2，但实际上由于动力学影响，最终形成了TiB。     

SHS法制备硼化物陶瓷粉体的表征分析

采用自蔓延高温还原合成方法制备TiB2,TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3陶瓷粉末.利用XRD,XPS,SEM以及TEM等分析测试手段对合成粉末进行表征和分析.结果表明,TiB2,ZrB2和Al2O3分别以主晶相的形式存在于所合成的各自粉体之中.相比之下,TiB2单相陶瓷粉末颗粒分布较宽.由于自蔓延高温合成(SHS)温度很高,部分颗粒形成团聚,宏观上使颗粒的平均粒径变大(＞5μm);而TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3复合陶瓷粉末,因合成过程中Al2O3的形成,使得颗粒粒度分布明显变窄,分布均匀,颗粒尺寸也相应减小.分析认为这主要与复合粉末合成过程中,不同颗粒间形成良好结合的界面有关.     

当量比对连续旋转爆轰燃烧室特性的影响

为了探究当量比对甲烷-空气连续旋转爆轰燃烧室（CRDC）特性的影响,利用二维可压缩欧拉方程对CRDC进行了数值研究,分析了爆轰波的发展过程和贫燃熄火过程,对比了不同工况下CRDC特性参数的变化情况。结果表明:CRDC起爆后燃烧场在由不稳定状态到相对稳定状态的过程中发生了2次碰撞,当进气当量比较低时,CRDC未能完全发生2次碰撞过程就已经熄爆。随着进气当量比的降低,爆轰波传播速度、轴向平均速度、出口平均温度、出口平均总压均呈下降趋势;增压比随当量比降低而减小的根本原因在于旋转爆轰燃烧过程和等压燃烧过程的熵增差减小,使吉布斯自由能增量差减小。CRDC的燃料驻留时间处于亚毫秒量级,燃烧热效率保持在99%以上。      

涡轮间燃烧器试验验证了UCC概念的可行性

美国空军研究实验室（AFRL）推进部的超紧凑燃烧室（UCC）研发团队不久前通过在试验件上游使用另一个燃烧系统来模拟真实发动机环境，以涡轮间燃烧器（ITB）的模式成功试验了由AFRL开发的UCC。此次试验中，采用了一个简单的涡流稳定燃烧系统来提供不同恶化值（即氧气值）的ITB进口空气，以模拟燃气涡轮发动机高压涡轮排出的反应过的高温混合物。基于AFRL设计的超紧凑燃烧室，对四种不同的ITB设计结构分别进行了试验。试验表明，其贫油熄火油气比极限只有目前系统的25％～50％。这些试验结果很有意义．     

基于敏感性分析的反应动力学自适应建模方法

为了降低采用基元燃烧模型模拟反应流的计算时间,提出一种基于敏感性分析的自适应化学反应机理简化方法。该方法结合敏感性分析方法与自适应机理简化的思想对详细化学反应机理在不同工况点进行简化,并形成即时简化机理集。在燃烧模拟过程中,对于不同反应工况点使用不同的即时简化机理对反应流进行数值模拟,以替代传统的全局使用单一简化机理的反应流数值模拟方法。基于GRI-3.0机理,采用均相大空间甲烷自燃着火过程对该方法进行了测试;简化机理与详细机理计算结果的比较,证明了该方法的正确性与高效性。     

正十烷简化机理的构建及其在发动机燃烧数值模拟中的应用

发动机燃烧室中燃料的能量释放与燃烧特性对于发动机设计具有重要作用,为了预测发动机点火包线和贫/富油极限等关键性能,迫切需要发展航空燃料及其典型组分的高精度化学动力学模型。本文针对燃料典型组分正十烷,采用自主开发的机理生成程序ReaxGen构建了其燃烧详细机理（1499种组分、5713步反应）。为了验证机理的合理性与可靠性,在当量比Φ=0.5-2.0,压力P=1-80 atm的宽工况条件下进行了点火延迟模拟验证,结果表明本文提出的正十烷详细机理在较宽的温度、压力和当量比条件下具有较高的模拟精度。为获得适用于发动机燃烧模拟的高精度简化机理,本文基于误差传播的直接关系图方法简化了正十烷燃烧详细机理,得到包含709种组分、2793步反应的正十烷半详细机理。进一步在高温范围（1000-1500 K）,采用路径通量分析方法简化得到含77种组分、359个反应的骨架机理。获得的骨架机理能够合理描述正十烷在高温下的燃烧特性,且该骨架机理尺度规模可用于基于火焰面模型的燃烧数值模拟。基于此高精度的骨架机理模型,结合火焰面生成流形湍流燃烧模型,采用大涡模拟方法进行了航空发动机环形燃烧室单头部扇形的燃烧模拟,初步获得了非稳态流场结构,其中温度模拟结果与实验值基本符合。     

化学动力学模型对H2/AIR超燃模拟的影响

为了研究超燃流动中不同化学反应模型的影响，提出流动项与化学反应生成源项解耦处理的化学非平衡流动计算方法，从薄层近似N－S方程出发，采用ENO差分格式，数值模拟了超声速H2／Air 预混合气体中钝体激波诱导的振荡燃烧流场，针对飞行速度大于和接近爆轰速度两种不同流动状态，比较Evans-Schexnayder提出的7组分8反应机理（ES模型），Jachimowski提出的13组分32反应机理（J模型）及其简化为9组分19反应机理（J－1模型）对流场参数的影响，计算表明反应机理引起压力场变化较小，对温度等参数影响较大，对于飞行马赫数低于7的问题，取不包括N原子反应的Jachimowski的9组分19反应机理较合适。     

反应机理对air/H2燃烧系统多场耦合仿真的适用性

针对某air/H2燃烧系统,建立起流动、传热、燃烧多场耦合有限体积动态数值模型,构建了通用化的反应机理库和配套的物性参数库,分别采用热力计算方法和3套氢氧反应机理方法进行仿真;基于反应机理的仿真描述了点火与熄火过程,揭示了各基元反应和组分变化对燃烧流动瞬态过程的影响。与已经过试验验证的热力计算方法对比,结果表明:Williams机理符合最好,Conaire机理次之,Evans机理符合相对较差。相比Conaire机理,采用Williams反应机理使反应熄火温度由1200K降低至1155.3K,在1222.3K的低温工况下,计算结果误差由Conaire机理的4.7%降低至2.74%,使多场耦合数值系统的应用范围更广、计算结果更佳;低温工况下,H2O2及其相关反应对氢氧机理的描述精度会产生较大影响。      

RP-3航空煤油燃烧的详细和简化化学动力学模型

建立了一个包含109组分和946个基元反应的煤油燃烧详细化学反应动力学模型,采用"准稳态"假设方法来对其进行简化,得到了包含22组分18步总包反应的简化反应模型.通过与典型实验结果和文献计算结果对比可以看出,简化模型具有较高的准确性,能够准确反映出RP-3航空煤油点火特性,能够用来对煤油燃烧问题进行准确的数值模拟.      

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.      

基于DRG和QSSA方法的煤油详细燃烧机理简化

利用直接关系图DRG和准稳态假设法QSSA发展了一套详细燃烧机理的简化程序。采用DRG对209组分1 673个反应的煤油详细燃烧动力学机理进行简化,取阈值0.6得到了包含84组分的骨架机理,并对骨架机理和详细机理的结果进行了对比和分析;在骨架机理的基础上采用QSSA方法,进一步得到了包含24组分20方程的简化反应模型。计算表明：84组分的骨架机理在较宽的参数范围内得到的良搅拌反应器（PSR）结果和点火延迟数据都与详细机理一致;采用24组分20方程的总包反应模型得到的点火延迟、组分等数据都与详细机理结果非常接近。总包反应的组分数量满足CFD计算的要求,具有较好的工程应用前景。     

壁面凹腔强化H2超声速燃烧的数值模拟

为了分析凹腔火焰稳定器强化H2超声速燃烧的流动特性，运用数值模拟方法研究了凹腔对超声速燃烧室性能的作用规律。结果表明：凹腔的火焰稳定机制主要在于富含自由基的高温回流区，燃烧室结构设计采用凹腔火焰稳定器能够起到稳定燃烧和增强混合的作用；与直通道燃烧室相比，凹腔燃烧室尽管总压损失较大，但可以获得较好的混合和燃烧性能。     

二硝酰胺铵(ADN)的燃烧特性研究进展

综述了国外二硝酰胺铵(ADN)燃烧特性和燃烧机理研究的进展，包括ADN及其复合推进剂的燃烧特点，燃速—压力依赖关系，燃烧波温度分布特征，初始分解机理，低压下燃烧暗区形成的机理和存在燃速不稳定压力区的原因分析。此外，对暗区形成的机理进行了讨论。     

正癸烷燃烧详细反应机理的构建及简化

利用燃烧详细反应机理自动生成程序ReaxGen得到了正癸烷的388组分2226反应方程的详细燃烧机理,对此机理在不同压力和温度下的点火延迟时间进行了动力学分析,并与试验得到的点火延迟数据进行了对比,最后采用直接关系图法DRG得到了不同规模的骨架机理。计算发现:在温度大于1000K的情况下,给出的机理能比较好地模拟正癸烷的点火过程,预测到的点火延迟数据与试验符合较好,证明了反应机理自动生成程序在链烷烃部分是可信的;通过DRG分析得到的包含62组分422方程的骨架机理,其计算结果与详细机理吻合很好,而组分和反应方程分别减少了约84%和81%。此机理的计算时间有大幅的缩短,可用于进一步的CFD应用和机理简化。