锆粉燃烧特性及在固体推进剂中的应用研究

发布时间：2021-01-06 07:29

　　新一代高性能固体发动机是主要应用于先进导弹武器的动力装置。开展新型固体复合推进剂的研究,是推动固体发动机技术发展的重要途径之一。本文以高性能固体发动机应用为背景,以高密度推进剂金属添加剂锆为研究对象,开展了锆粉的理化特性,锆粉点火燃烧以及含锆推进剂的点火燃烧实验研究,初步探索了锆粉在复合推进剂中应用的可行性。首先,开展了锆粉理化性质的实验研究,实验结果表明:锆粉样品颗粒形状不规则,主要包含Zr元素,还有少量的O和Hf元素,主要存在的物相为金属锆。锆粉的氧化经历了缓慢氧化-加速氧化-剧烈氧化-反应平衡的过程。微米级锆粉热氧化反应活化能Ea为175.83kJ/mol,指前因子A为1.91×10⁸s^-1,其非等温氧化过程符合随机成核和随后生长模型函数G（α）=[-ln（1-α）]^?。其次,通过开展锆粉粒径和氧浓度等参数对锆粉点火燃烧特性影响研究发现:根据火焰形态可以将锆粉燃烧过程分为起燃,剧烈燃烧,平稳燃烧和火焰熄灭等四个阶段。锆粉粒径和氧浓度等参数对锆粉的点火燃烧性能具有重要影响。减小锆粉粒径,增大氧浓度均有利于缩短点火延迟... 

【文章来源】：航天动力技术研究院陕西省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 锆粉氧化与燃烧的研究
        1.2.2 锆粉在推进剂中的应用研究
        1.2.3 纳米锆燃烧及应用研究
        1.2.4 氢化锆燃烧及应用研究
    1.3 本文研究内容
2 锆粉理化特性研究
    2.1 研究目的和方法
    2.2 理化特性结果分析
        2.2.1 粒度分析
        2.2.2 基于SEM的微观形貌分析
        2.2.3 基于XRD的物相分析
    2.3 锆粉热氧化过程分析
        2.3.1 热氧化过程中的特征温度
        2.3.2 热重结果分析
        2.3.3 锆氧化反应动力学分析
    2.4 本章小结
3 锆粉燃烧特性研究
    3.1 研究方法
    3.2 实验步骤及工况
        3.2.1 实验步骤及表征参数
        3.2.2 实验工况
    3.3 实验结果分析
        3.3.1 粒径对锆粉点火燃烧特性的影响
        3.3.2 氧浓度对锆粉点火燃烧特性的影响
    3.4 锆粉燃烧过程的仿真计算
        3.4.1 计算模型及Zr-O反应机理
        3.4.2 CHEMKIN软件简介
        3.4.3 反应模型选择及参数设置
        3.4.4 仿真计算结果分析
    3.5 本章小结
4 含锆推进剂能量特性研究
    4.1 含锆丁羟推进剂能量特性分析
        4.1.1 锆含量对推进剂能量特性的影响
        4.1.2 压强对推进剂能量特性的影响
    4.2 Zr/Al基 NEPE推进剂的能量特性分析
        4.2.1 锆含量对Zr/Al基 NEPE推进剂能量特性的影响
        4.2.2 压强对Zr/Al基 NEPE推进剂能量特性的影响
    4.3 Zr/Al基叠氮高能推进剂的能量特性分析
        4.3.1 锆含量对Zr/Al基叠氮高能推进剂能量特性的影响
        4.3.2 压强对Zr/Al基叠氮高能推进剂能量特性的影响
    4.4 本章小结
5 含锆推进剂点火燃烧特性研究
    5.1 实验方案及方法
        5.1.1 实验方法
        5.1.2 实验系统
        5.1.3 推进剂样品配方
    5.2 实验表征参数及实验工况
        5.2.1 点火燃烧特性表征参数
        5.2.2 实验工况
    5.3 推进剂点火燃烧实验结果分析
        5.3.1 锆粉含量对推进剂点火燃烧特性的影响
        5.3.2 压力对含锆推进剂点火燃烧特性的影响
        5.3.3 锆粉粒径对推进剂点火燃烧特性的影响
    5.4 本章小结
6 全文总结及展望
    6.1 全文总结及结论
    6.2 本文主要创新点
    6.3 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]甲烷/乙烷与甲烷/丙烷混合燃料着火特性[J]. 张尊华,徐力,梁俊杰,李敬瑞,李格升.  化工学报. 2018(05)
[2]硝酸羟胺的热稳定性评估及热分解机理研究[J]. 刘建国,安振涛,张倩,杜仕国,姚凯,王金.  材料导报. 2017(04)
[3]CO2对油燃料着火延时影响的研究[J]. 王英涛,范燕荣.  节能技术. 2016(05)
[4]含金属氢化物的复合推进剂能量特性[J]. 李猛,赵凤起,徐司雨,姚二岗,郝海霞,安亭,肖立柏,谭艺,李鑫.  固体火箭技术. 2014(01)
[5]纯锆粉及包覆Fe3O4锆粉的燃烧特性[J]. 周琪,孙金华,王秋红,尹艺,徐耀,吕宝亮.  燃烧科学与技术. 2012(06)
[6]锆的燃烧与防护[J]. 王立平,何敏.  钛工业进展. 2012(03)
[7]柴油替代燃料着火过程的动力学特性[J]. 王峰,郑朝蕾,何祖威,张庆峰,王迎,李燕.  重庆大学学报. 2012(02)
[8]燃料组分和分子结构对NOx生成的影响[J]. 毛功平,王忠,许广举,李铭迪,陈林.  农机化研究. 2011(12)
[9]Zr粉粒径对Zr/KClO4烟火剂燃烧特性的影响[J]. 张强,康晓丽,罗江山,唐永建,易勇,李恺.  强激光与粒子束. 2011(07)
[10]纳米金属粉在火炸药中应用进展[J]. 胥会祥,李兴文,赵凤起,庞维强,贾申利,莫红军.  含能材料. 2011(02)

博士论文
[1]锆粉云瞬态火焰及连续喷射火焰特性的实验研究[D]. 王秋红.中国科学技术大学 2012

硕士论文
[1]典型生物质热解动力学行为及SCE算法优化研究[D]. 刘浩然.合肥工业大学 2018
[2]铝颗粒静态热氧化特性和动态燃烧团聚现象的实验研究[D]. 王架皓.浙江大学 2018
[3]复合固体推进剂中Al颗粒燃烧行为数值模拟[D]. 田入园.南京理工大学 2017
[4]超细铝基复合粉体燃烧机理研究[D]. 彭晶.上海交通大学 2015



本文编号：2960177