镁粉与二氧化碳点火燃烧特性研究

发布时间：2020-03-27 20:51

【摘要】：火星大气中95.3%为CO_2气体,为了在火星探测中进行原位资源利用,实现Mg粉/CO_2稳定点火燃烧,首先根据塑性理论建立了Mg粉/CO_2点火模型,考虑Mg粉/CO_2燃烧两步反应,通过不同反应速率模型组合的精度比较,建立了精度较高的燃烧模型。其次,基于所建立的点火燃烧模型,研究了Mg颗粒粒径、预混气流雷诺数和CO_2/Mg粉氧燃比对Mg粉/CO_2动态点火燃烧性能的影响。在点火模型建立中,将Mg粉/CO_2点火简化为Mg颗粒表面氧化膜随颗粒温度升高而破裂的过程,以前人的点火实验为依据,按照塑性理论初步建立了Mg粉/CO_2点火模型,再以环境压力1atm,Mg颗粒粒径1um、25um、45um和200um时的点火温度为依据,得到氧化膜外径与Mg金属球体半径的关系,从而修正点火模型,使其计算误差小于2%。在燃烧模型建立中,考虑了Mg粉/CO_2燃烧的气相反应和颗粒表面异相反应的两步燃烧反应过程,分别应用层流有限速率、涡耗散和King的气相反应速率控制模型与颗粒表面异相反应速率控制的有限速率和King模型6种组合进行了动态Mg粉/CO_2燃烧计算,通过动态Mg粉/CO_2燃烧实验校验了各燃烧模型计算精度,结果表明气相涡耗散模型和异相king模型组合的燃烧模型的特征温度计算值与实验值基本一致。应用所建立的点火模型和燃烧模型分别对Mg颗粒粒径5um、10um、15um、20um和25um,预混气流雷诺数1500、2000、2500、3000和3500,CO_2/Mg粉氧燃比1、1.5、2、2.5和3进行了点火燃烧计算,得到Mg颗粒粒径、预混气流雷诺数和CO_2/Mg粉氧燃比对点火燃烧的影响规律:(1)雷诺数和氧燃比相同时,粒径5um时气相反应速率最快,异相反应速率最慢,粒径25um时相反,粒径20um时点火时间最短。(2)Mg颗粒粒径和氧燃比相同时,雷诺数1500时气相反应速率和异相反应速率最快,点火时间最短。(3)Mg颗粒粒径和雷诺数相同时,氧燃比1.0时气相反应速率和异相反应速率最快,但点火时间最长,氧燃比1.5时点火时间最短。
【图文】：

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学硕士学位论文第g 蒸气的饱和蒸气压力影响。现有的实验和理论分析认为饱有关[37-39]，所以通过拟合实验数据得到 Mg 的饱和蒸气压系[40]，从而得到气相反应时 Mg 蒸气的蒸发量。相反应，根据 King[33]的研究结果，异相反应中 CO 的消耗和颗粒温度有关，从而建立 Mg 粉/CO2异相反应 King 模]的异相反应指前因子、活化能和温度系数可以建立异相反模型中异相反应速率与两相间的接触面积有关，一般将 M这样两相间的接触面积就是球形颗粒的表面积。述 Mg 粉/CO2燃烧模型由气相反应模型和异相反应模型组有气相层流有限速率模型、气相涡耗散模型和气相 King异相有限速率模型和异相 King 模型，可以通过气相反应成的燃烧模型研究 Mg 粉/CO2动态点火燃烧性质。

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图 2-1 弹性球体模型圆心 O 处方向向外的矢量，定义 r x是距离圆心 O 长度球体的内部压力aP P（ r a），外部压力bP P（ r 球体，内部是氧化膜空心球体与金属球体的接触面，外表面，即ma r，odb r；对于 Mg 金属球体，，内部是氧化膜空心球体与金属球体的接触面，即 a 0，mb r屈服准则，弹性球体的应力张量σr、σφ和σχ及径向位移 u )rab(P-P)(Pa-Pbb-a1σ3ba333b3a33r （)2rab(P-P)(Pa-Pb-b-a1σσ3ba333b3a33 （ab(P-P))2r1μ((1-2μ)(Pa-Pb)-E(b-a)r-ba3333b3a33 （，μ是泊松比。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V430

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