硼顆粒著火燃燒過程及其促進(jìn)方法研究.pdf

1、硼具有較高的質(zhì)量熱值和容積熱值，被認(rèn)為是固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)高能推進(jìn)劑的最佳燃料。含硼富燃料推進(jìn)劑含有較多的硼顆粒，在燃?xì)獍l(fā)生器中由于缺氧和低溫而不可能充分著火燃燒，含有大量硼顆粒的富燃燃?xì)馐窃谘a(bǔ)燃室中與空氣摻混完成著火燃燒的。硼顆粒在補(bǔ)燃室內(nèi)的駐留時(shí)間只有幾毫秒，在這有限的時(shí)間內(nèi)必須很好地組織二次燃燒才能實(shí)現(xiàn)硼顆粒的快速著火和高效燃燒。因此，研究硼顆粒的點(diǎn)火燃燒過程，揭示其內(nèi)在機(jī)理和控制方式，探索硼顆粒點(diǎn)火燃燒過程促進(jìn)方法，將為含硼富燃

2、料推進(jìn)劑固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的高效能量轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在分析國內(nèi)外的硼顆粒著火燃燒過程模型研究的基礎(chǔ)上，開展了硼顆粒著火燃燒過程的理論研究。在考慮硼顆粒周圍氣相流動(dòng)、氣相擴(kuò)散以及硼顆粒與周圍環(huán)境間的傳熱過程的基礎(chǔ)上，建立了更加相對(duì)完善的一維的硼顆粒著火模型，對(duì)硼顆粒著火過程 Stefan流的變化規(guī)律及其成因展開了詳細(xì)分析；同時(shí)考慮氣相擴(kuò)散和表面氣固/液兩相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素作用，建立了一維的硼顆粒燃

3、燒模型，研究了環(huán)境壓力、環(huán)境溫度和環(huán)境中氧氣濃度對(duì)硼顆粒著火燃燒過程的影響。考慮到固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室內(nèi)部可能發(fā)生的硼顆粒碰撞過程，分析了硼顆粒在碰撞過程的微觀受力情況，對(duì)碰撞力和粘性力進(jìn)行了定量的分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，相同粒徑的硼顆粒在補(bǔ)燃室環(huán)境下的碰撞過程容易聚團(tuán)，且顆粒越小越明顯。因此，進(jìn)一步建立了一維硼顆粒聚團(tuán)著火模型，詳細(xì)分析了環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境中氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及聚團(tuán)大小對(duì)硼顆粒聚團(tuán)著火過程的影響。在分析國內(nèi)外對(duì)硼顆粒著火

4、燃燒過程試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立了硼顆粒著火燃燒試驗(yàn)方法，初步驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可行性?；陔療艏訜嵩囼?yàn)臺(tái)和差示掃描量熱儀得到了硼顆粒著火過程的溫度、質(zhì)量等參數(shù)變化規(guī)律。熱重分析表明，硼顆粒聚團(tuán)的著火溫度較單顆粒低且隨聚團(tuán)直徑的增大而降低，進(jìn)而初步驗(yàn)證了本文硼顆粒聚團(tuán)著火模型的正確性。開展了硼顆粒的著火燃燒促進(jìn)方法的試驗(yàn)研究。利用氙燈加熱系統(tǒng)和熱重測試對(duì)硼鎂混合物的著火特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明鎂的添加會(huì)使硼的著火延遲時(shí)間變短，對(duì)硼的著火