纳米金属铝粉的激光点火和燃烧特性研究

发布时间：2023-04-01 12:37

　　在过去几十年,金属燃料被广泛应用于固体火箭推进剂。相比于传统推进燃料,金属燃料有着更高的燃烧热值,例如镁、铝、硼、钛等。纳米铝由于其高密度、高热值、低消耗以及相对安全等优点,被大量用作推进剂中的添加剂,来提高推进剂的燃烧性能。但在实际应用中,由于其燃烧机理的复杂性,产生的烟气和烧结团聚等问题仍然没有得到很好地解决。虽然关于纳米铝的研究结果已有很多,但更多的是集中在含有铝添加的复合材料课题上。因此,本文选择纯纳米铝粉末作为研究对象,重点研究纳米铝粉末自身的物理参数对氧化过程的影响,包括粒径大小、氧化膜厚度、含水量等。并通过改变激光功率,来综合分析这些因素对纳米铝燃烧的耦合影响。通过激光点火的方式,对纳米铝粉的点火和燃烧性能进行测试。结果表明纳米铝粉的点火延迟时间约为2ms,其熔融温度在615K～952K,点火温度在1369K～2083K,且远小于铝氧化膜熔融温度(～2350K)。其燃烧过程没有明显的火焰锋面,为表面燃烧,并伴有微爆炸现象。在相同激光加热功率下,不同粒径的纳米铝粉,呈现出不同的点火和燃烧特性。在纳米尺度范围内,金属铝粉末的点火延迟时间随着粒径增加而减小,这与微米铝的点火延迟...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1.绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 纳米金属燃料的研究现状
        1.2.1 金属燃料的燃烧特点
        1.2.2 纳米金属在推进剂中的应用
        1.2.3 纳米铝的点火及燃烧特性研究
    1.3 本文研究内容及意义
2.激光点火和燃烧特性测试技术及实验装置
    2.1 引言
    2.2 激光点火与点火热机理
    2.3 激光点火和燃烧系统
        2.3.1 激光点火装置
        2.3.2 同步触发控制
    2.4 基于红外辐射温度测量
        2.4.1 红外辐射测温理论
        2.4.2 温度测量数据处理方法
    2.5 基于高速摄像的点火延迟判断
        2.5.1 点火延迟时间判定方法
        2.5.2 高速摄像法判定点火延迟的处理方法
    2.6 本章小结
3.纳米铝金属粉末的激光点火和燃烧特性
    3.1 引言
    3.2 纳米铝粉的点火和燃烧理论模型
    3.3 纳米铝粉的激光点火和燃烧特性
        3.3.1 纳米铝粉的升温速率
        3.3.2 纳米铝粉的熔化温度
        3.3.3 纳米铝粉的点火温度
        3.3.4 纳米铝粉的点火延迟时间
        3.3.5 纳米铝粉的微爆炸特性
    3.4 纳米铝粉的燃烧机理分析
    3.5 本章小结
4.粒径对纳米铝点火和燃烧特性的影响研究
    4.1 引言
    4.2 纳米铝粉的粒径影响研究
        4.2.1 粒径对点火延迟时间的影响
        4.2.2 粒径对燃烧过程的影响
    4.3 颗粒堆着火模型的分析讨论
5.氧化膜厚度对纳米铝点火和燃烧特性的影响研究
    5.1 引言
    5.2 纳米铝氧化膜厚度的增长理论
    5.3 纳米铝氧化膜厚度的表征与分析
        5.3.1 TEM表征与分析
        5.3.2 TG表征与分析
        5.3.3 纳米铝氧化膜厚度的增长率
    5.4 纳米铝氧化膜厚度对点火性能的影响
        5.4.1 纳米铝氧化膜厚度对升温速率的影响
        5.4.2 纳米铝氧化膜厚度对着火温度的影响
        5.4.3 纳米铝氧化膜厚度对点火延迟时间的影响
    5.5 纳米铝氧化膜厚度对燃烧性能的影响
        5.5.1 纳米铝氧化膜厚度对燃烧阶段的影响
    5.6 本章小结
6.激光功率密度和水分对纳米铝点火和燃烧特性的影响研究
    6.1 引言
    6.2 激光功率密度对点火性能的影响
    6.3 水分影响
    6.4 本章小结
7.结论与展望
    7.1 全文总结
    7.2 创新点
    7.3 课题展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3777156