不同硼含量下环境压强对硼燃烧效率的影响

发布时间：2021-04-01 08:49

　　为考察硼粉含量和环境压强对硼粉燃烧效率的影响,采用90硼粉、95硼粉分别与助燃剂混合制备了不同硼含量样品,利用氧弹量热系统、激光粒度仪、热重/差热联用分析仪、高压差示扫描量热仪和化学分析法研究不同环境压强下不同硼含量样品的硼粉燃烧效率变化规律和热分解过程。结果表明:当硼粉与助燃剂质量比小于1∶6时,助燃剂含量的增加对硼粉燃烧效率提升的作用大幅降低,且硼粉表面的氧化层极大阻碍了硼粉的燃烧;当硼粉含量较高时,环境压强的升高加剧了样品燃烧时的"冷壁效应",导致硼粉燃烧效率降低。综合高硼含量样品燃烧特点,通过改善硼粉燃烧环境,得到硼粉燃烧效率为73.74%的测试方法。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(S1)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

90硼粉和95硼粉的粒径分布图

硼粉在氧弹量热系统中燃烧主要依赖助燃剂燃烧产生的环境温度，因此研究助燃剂在不同环境压强下的热分解过程十分必要，助燃剂在不同环境压强下的HPDSC曲线图见图3。由图可知，随着环境压强的提高，助燃剂的热分解峰位置向高温区域移动，热分解放热量升高，其热稳定性提升，热分解反应剧烈程度增加，表明助燃剂在高环境压强条件下可为硼粉燃烧提供更高的温度条件。然而，助燃剂在高环境压强条件下燃烧速度大幅提升，高温环境维持时间缩短，其燃烧产生的气体以更高的流速将硼粉吹离高温燃烧中心，导致大量硼粉因氧弹壁面的“冷壁效应”而未能充分燃烧。环境压强2.0MPa条件下高硼含量样品的HP-DSC曲线图见图4。由图可知，在环境压强2.0MPa条件下，硼粉的添加未导致热分解峰出现明显位移。此时，助燃剂热分解放热量为2396.9J/g,8号样品[m(95硼粉）∶m（助燃剂）=1∶1]的放热量为1787.2J/g，其中由助燃剂（0.5g）贡献的热量为1198.45J，由硼粉（0.5g）贡献的热量为588.75J，因此硼粉的放热量仅为1177.5J/g，远低于常压下硼粉参与反应的放热量，说明在高硼含量条件下，环境压强的升高抑制了硼粉与助燃剂的凝聚相反应，导致硼粉燃烧效率低。

环境压强2.0MPa条件下高硼含量样品的HP-DSC曲线图见图4。由图可知，在环境压强2.0MPa条件下，硼粉的添加未导致热分解峰出现明显位移。此时，助燃剂热分解放热量为2396.9J/g,8号样品[m(95硼粉）∶m（助燃剂）=1∶1]的放热量为1787.2J/g，其中由助燃剂（0.5g）贡献的热量为1198.45J，由硼粉（0.5g）贡献的热量为588.75J，因此硼粉的放热量仅为1177.5J/g，远低于常压下硼粉参与反应的放热量，说明在高硼含量条件下，环境压强的升高抑制了硼粉与助燃剂的凝聚相反应，导致硼粉燃烧效率低。结合图3—4可知，高硼含量条件下硼粉燃烧效率与环境压强变化趋势相反。相比于提高样品燃烧温度，抑制样品在燃烧时的气体流动速度，减小氧弹量热系统“冷壁效应”，延长维持燃烧的高温环境时间变得更为重要。

【参考文献】：
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本文编号：3113048