《新型鋁/冰基燃料燃燒特性及機理研究》是依託安徽工業大學，由朱寶忠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型鋁/冰基燃料燃燒特性及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱寶忠
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋁/冰基燃料是一種新型的綠色高能量密度燃料，它克服了鋁/水基燃料貯存困難，容易化學老化的問題。由於其燃燒產物的無毒性，使其可以作為綠色的環保型的推進劑用於太空推進系統中。但目前，雖然採用納米鋁粉和冰反應，鋁/冰基燃料仍然存在點火困難，燃燒性能差，燃燒效率低的問題。在推進劑的燃燒中，確定最佳的氧燃比、添加少量助燃劑或催化劑等是調節推進劑燃燒性能的有效方法。本項目擬從鋁粉粒度及含量、添加助燃劑或催化劑等方面，採用多種先進的實驗技術結合量子化學計算，深入研究多種因素影響下的鋁/冰基燃料獨特的燃燒理論，揭示其燃燒特性與內在的燃燒機理以及燃燒反應動力學過程，綜合權衡多種因素的利弊，提高鋁/冰基燃料的反應效率。通過該項目的實驗與理論研究，尋求改善鋁/冰基燃料點火及燃燒性能的方法，為新型鋁/冰基燃料配方研製提供實驗依據和理論指導。因此，該項研究不僅具有學術價值，而且對鋁/冰基燃料的套用研究具有重要意義。
結題摘要
針對當前鋁/冰基燃料存在點火困難，燃燒性能差，燃燒效率低的問題，本項目採用多種實驗技術，研究了鋁粉粒度、添加劑對鋁粉在高溫水蒸汽中燃燒特性的影響。採用不同包覆劑對納米鋁粉進行包覆，研究了包覆納米鋁粉/冰在水蒸氣氣氛下的燃燒特性。同時，研究了鋁粉粒度、添加劑對鋁/冰燃料燃燒特性影響。研究結果表明，鋁粉粒徑對其在水蒸氣氣氛中的著火溫度影響較大，但對其燃燒最高溫度影響較小。納米鋁粉在水蒸氣氣氛中的著火溫度比在空氣氣氛中的著火溫度低，且最高溫度也低。從燃燒現象發現，納米鋁粉在空氣氣氛中比在水蒸氣氣氛中燃燒劇烈，火焰亮度更強。添加KBH4和AP對納米鋁粉燃燒有明顯促進作用，使鋁粉燃燒強度變大，火焰更明亮，氧化燃燒過程中都發生鋁顆粒多方向濺射現象。添加KBH4的鋁粉燃燒過程尤為劇烈，燃燒持續時間最長，鋁粉在管式爐內產生微爆。而添加NaCl抑制了納米鋁粉燃燒，持續時間明顯縮短，且燃燒強度較小，整個燃燒過程較溫和。硬脂酸包覆納米鋁粉後，鋁顆粒分散更均勻，有效保持了活性鋁粉含量，鋁的質量分數提高了9.62%；在氧化劑相同的條件下，硬脂酸包覆的納米鋁粉比未包覆的納米鋁粉燃燒充分，並且包覆比例以m(硬脂酸):m(鋁)為1:3的樣品效果最好，燃燒產物中氧化鋁含量最高，燃燒最充分。在鋁/冰燃料中添加Mg粉後，燃料燃燒起始溫度降低，燃燒反應加快，且效果最為明顯的添加量介於3%~5%，但隨著添加量的增加，燃燒劇烈程度逐漸減弱；添加AP後，其燃燒反應速率大大增加，縮短了點火延遲時間。但隨著AP添加量的增加，燃燒不穩定性也隨之增大，安全性能大大降低，添加NaF，在一定程度上減弱了鋁/冰燃料的燃燒性能。鎂的添加有利於鋁/冰反應啟動和燃速的提高。硼的添加不利於其反應的啟動和燃速的提高，但能增加反應體系的能量性能。通過上述研究，建立了鋁/冰燃料燃燒反應評價體系，分析了鋁粉粒度、添加劑對鋁/冰燃料燃燒過程中七個評價參數的影響，在此基礎上，建立了鋁/冰基燃料的燃燒模型。
