硼镁粉末燃料点火燃烧机理及模型研究

发布时间：2023-03-22 22:46

　　粉末燃料冲压发动机是以高能金属或硼等粉末为燃料,以冲压空气为氧化剂和功质的一类新型冲压发动机。与液体燃料相比,粉末燃料高温条件下工作时不会离解,更利于维护与长期储存;与固体燃料相比,粉末燃料具有更高的抗敏感性,提高了燃料在制造、存储和使用过程中的安全性。粉末燃料在流化气作用下以气固两相形式流动,因此具有较强的流率调控性,使粉末燃料冲压发动机具备多次启动和推力调节功能。在众多粉末燃料中,硼基粉末燃料由于硼的较高能量特性以及两相流损失小(高温下燃烧产物为气相)等优异性能,被认为是具有很大应用潜力的粉末燃料。通过添加点火燃烧促进材料和对小粒径粉末燃料的团聚处理,实现粉末燃料储存输运性能和点火燃烧性能的最优化是研制出具有较高能量性能粉末燃料冲压发动机的前提,而其基础在于深入研究粉末燃料的点火燃烧机理。本文以粉末燃料冲压发动机为研究背景,首先通过理论分析确定镁是较为理想的硼基粉末燃料点火燃烧促进材料,进而从发动机比冲性能的角度确定硼镁粉末燃料内镁的含量,并通过合理的工艺和方法制备硼镁粉末燃料,对其表面形貌、密度及其热氧化特性进行分析和测试。然后搭建高温点火燃烧实验系统,对硼镁粉末燃料的动态点火燃...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 相关领域研究现状
        1.2.1 粉末燃料冲压发动机研究
        1.2.2 硼颗粒点火燃烧实验研究
        1.2.3 硼颗粒点火燃烧模型研究
        1.2.4 硼粉改性研究
    1.3 本文研究意义
    1.4 本文研究内容
2 硼镁粉末燃料物理化学特性分析
    2.1 引言
    2.2 粉末燃料要求
    2.3 点火燃烧促进材料选择
    2.4 粉末燃料制备
        2.4.1 原料
        2.4.2 制备方法
    2.5 硼镁粉末燃料物理性质
        2.5.1 微观形貌
        2.5.2 密度测量
    2.6 硼镁粉末燃料热氧化特性
        2.6.1 热反应特性实验方法
        2.6.2 实验条件
        2.6.3 实验结果分析
    2.7 本章小结
3 硼镁粉末燃料点火燃烧特性研究
    3.1 引言
    3.2 燃烧实验装置及诊断方法
        3.2.1 实验装置
        3.2.2 诊断仪器
    3.3 参数定义和实验工况列表
        3.3.1 参数定义
        3.3.2 实验工况列表
    3.4 点火燃烧过程分析
        3.4.1 聚团燃烧火焰
        3.4.2 微爆燃烧火焰
    3.5 点火延迟与燃烧时间
        3.5.1 点火延迟时间
        3.5.2 燃烧时间
    3.6 燃烧增益与衰减时间
    3.7 火焰形貌分布规律
        3.7.1 实验样本
        3.7.2 火焰形貌分布讨论
    3.8 本章小结
4 硼镁粉末燃料点火燃烧机理分析
    4.1 引言
    4.2 团聚体结构演变分析
        4.2.1 初始状态样本形貌
        4.2.2 缓慢加热状态下样本形貌
        4.2.3 动态点火状态下样本形貌
    4.3 微爆现象分析
        4.3.1 微爆现象
        4.3.2 硼镁粉末燃料微爆过程分析
    4.4 本章小结
5 硼镁粉末燃料点火燃烧模型研究
    5.1 引言
    5.2 点火燃烧过程分析
        5.2.1 镁氧化过程
        5.2.2 硼氧化过程
    5.3 点火燃烧模型
        5.3.1 模型思想
        5.3.2 基本假设
        5.3.3 控制方程
        5.3.4 初值和边界条件
    5.4 计算结果验证
        5.4.1 结果验证
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 论文主要创新点
    6.3 进一步研究工作与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况



本文编号：3767739