高浓度肼类废水超临界水氧化系统的研制

针对高浓度肼类废水处理的需要,开展了一体化工业级连续式超临界水氧化系统的研制。介绍了设备的工作原理和工艺特点,设计开发了反应器及配套的进料、供氧、预热、冷却、排盐及控制系统。针对高温、高压、过氧的使用条件,进行了安全性设计分析。开展了利用真实肼类废水的调试试验,并获取了最优工艺参数。结果显示,该设备可以实现入水COD为10000mg/L左右的高浓度肼类废水快速高效处理,主要指标满足GJB 3485A-2011标准的要求,处理量达到50L/h。设备能够满足高浓度肼类废水处理的工程需要,并具备拓展应用的能力。

限域效应提升正仲氢转化催化剂性能研究

为制备高性能正仲氢转化铁系催化剂,在二氧化硅材料的孔道内原位制备铁基氧化物,借助于二氧化硅对铁基物种的限域效应调控催化剂性质,进而制备出高性能催化剂。采用多种表征手段研究分析了限域效应对催化剂性质的影响。结果表明,利用限域效应可有效调控催化剂性质,进而提升催化剂性能。以硅源与模板剂的摩尔比为20∶1制备的二氧化硅材料为载体的正仲氢转化铁系催化剂,在液氮温度(-196℃)、体积空速为600 min^(-1)的条件下,正氢转化率可达47.2%,装置出口处仲氢体积分数可达36.4%。

氧化亚氮基单元复合推进剂的燃烧热性能研究

为了研究氧化亚氮基单元复合推进剂的燃烧热性能,以几种典型推进剂配方为研究对象,利用Hess定律对燃烧热进行了理论计算。采用全自动绝热量热仪(氧弹)和恒温式爆热量热仪(爆热弹)对燃烧热进行了实验,探讨了不同添加剂与容器几何尺寸对部分配方燃烧热的影响规律。结果表明:相同条件下,N_(2)O/C_(2)H_(4)、N_(2)O/C_(3)H_(8)、N_(2)O/NH_(3)的燃烧热依次减小;随着CO_(2)含量的增加,N_(2)O/C_(2)H_(4)的燃烧热逐渐减小;随着C_(3)H_(8)含量的增加,爆热弹中N 2O/NH 3的燃烧热先增大、后减小,C_(3)H_(8)质量分数为3.8%时,燃烧热最大;容器几何尺寸增大,燃烧热呈增大趋势。

煤基/石油基火箭煤油高参数黏温特性与组分特性研究

为探究温度变化及组分变化对液体火箭推进剂黏度的影响规律,以煤基/石油基火箭煤油两种燃料为研究对象,获取两种燃料宽广温度和压力范围内的黏度数据,构建两种燃料“黏度-温度-压力”数学模型,大多数模型偏差都在5%的实验扩展不确定度范围内,能够精确预测燃料黏度随温度及压力的变化。黏温系数及等压黏度变化率的大小可反映不同燃料的黏温特性,对比结果表明,煤基煤油和石油基煤油的黏温系数和等压黏度变化率的绝对值相近,受温度影响程度几乎相同。根据运动黏度梯度,提供两种火箭煤油雾化燃烧效果最佳的临界预热温度。以灰色关联理论方法分析火箭煤油五组分烃类物质与黏度及黏度变化率的相关性,研究影响火箭煤油黏度的敏感组分因素。结果表明:单环烷烃对低温火箭煤油黏度指标影响最大,双环烷烃对高温火箭煤油黏度指标影响最大。

工业纯钛TA2在液体推进剂单推-3中的耐蚀机理

发动机贮箱长寿命服役是航天技术发展的必然要求,工业纯钛TA2是火箭发动机重要结构材料之一,然而该材料与液体推进剂的长期相容性机理仍缺乏深入的研究,难以满足推进剂贮箱长寿命评估的需要。针对典型液体推进剂单推-3(DT-3),采用电化学方法研究工业纯钛TA2在液体推进剂DT-3中的电化学腐蚀行为,应用扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)分析TA2表面钝化膜的结构特征。动电位极化曲线测试表明,TA2在DT-3中自腐蚀电流密度为58 nA/cm^(2),腐蚀速率约为0.5μm/a,点蚀电位为2.15 V,耐点蚀能力强;具有两段钝化电位区,在点蚀电位下,肼和硝酸肼对TA2钝化膜的破裂溶解过程具有协同效应。交流阻抗谱测试表明,TA2表面钝化膜具有很高的反应阻抗,抗均匀腐蚀性能良好,且随着阳极电位的升高,表面钝化反应机理一致。氧化膜XPS分析表明,较高钝化电位下形成的钝化膜更完善,形成的是外层为TiO_(2),内层为Ti_(2)O_(3)、TiO的双层结构特征的钝化膜。获得的TA2在DT-3中的电化学腐蚀机理对贮箱寿命评估具有重要指导作用。

碳氢燃料裂解促进和抑制作用研究

碳氢燃料主动冷却技术在解决高超声速飞行器热障问题上具有良好的应用前景.为了深入研究吸热碳氢燃料各组分的裂解性能和相互作用,对吸热碳氢燃料模型化合物(正癸烷、正十二烷、正十四烷、异辛烷、正丙基苯、十氢萘、甲基环己烷)及其混合物进行了裂解实验,实验条件:出口温度750℃,出口压力3.5MPa,反应表观停留时间为1s.研究发现正构烷烃具有较好的裂解性能和产物分布;异辛烷能够促进各组分的裂解;十氢萘和甲基环己烷存在裂解相互抑制效应.

近临界区碳氢燃料传热不稳定规律研究

高超声速飞行器在大气层中高速巡航会遭遇严重的热障问题,采用碳氢燃料对发动机进行主动冷却是解决热障问题可行和有应用前景的解决方案。结合电加热流动传热装置,对碳氢燃料主动冷却的传热规律进行了初步研究。实验结果表明:在近临界区会出现传热不稳定现象,温度和压力脉动明显,并且伴有尖啸声音;当流体远离近临界区,碳氢燃料传热稳定。

乙烯-氧化亚氮层流预混燃烧过程研究

采用PREMIX模块模拟乙烯-氧化亚氮(C_2H_4-N_2O)预混体系在0. 1～1. 5 MPa下层流火焰传播速度,得到不同压力和氧/燃比下乙烯-氧化亚氮体系的火焰传播速度、火焰温度和燃烧质量流率变化。同时,采用层流火焰传播测试仪器对乙烯-氧化亚氮预混体系的层流火焰传播速度进行实际测定,通过对比火焰传播速度的测量值与计算值,验证选用模型的准确性和计算方法的可靠性。试验结果表明:所选用的USC机理模型可适应于研究预混气体层流火焰燃烧计算,当量比等于1. 18,压力0. 1 MPa时层流火焰传播速度达到最大值;当量比等于1. 18,压力1. 5 MPa时层流质量燃烧流量达到最大值;当量比为1. 35,压力1. 5 MPa时层流火焰达温度到最大值。

高能合成煤油GN-1理化性能及应用分析

研究了高能合成煤油GN-1的密度、黏度等理化性质及热稳定性和能量特性,并与火箭煤油进行了对比分析。实验结果表明:GN-1煤油与现役火箭煤油相比,密度提高2.2%(20℃),黏度下降41.9%(20℃);导热系数和定压比热值均高于火箭煤油;热稳定温度达到394℃,满足火箭发动机工作要求;比冲比现用火箭煤油高7 s以上;综合性能优异。此研究成果有助于我国载人登月用下降级变推力液氧煤油发动机技术攻关及新一代运载火箭性能提升。

国内外甲烷推进剂标准对比分析

解析美国军用标准MIL-PRF-32207《推进剂级甲烷》的主要内容及其与我国有关甲烷标准的技术指标对比,结合国内甲烷民用标准,比较分析国内外液态甲烷推进剂分析方法的差异,建议开展甲烷中杂质含量分析与影响的研究以及制定我国液态甲烷推进剂标准。

N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体火焰传播及爆炸特性的试验研究

为了研究N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体的火焰传播及爆炸特性,采用内含螺旋加速环,长200cm、内径1.5cm的有机玻璃管装置,用电阻丝点火的方式进行预混气体的燃烧爆炸试验;利用压力传感器测量爆炸压力和爆轰速度,并利用高速摄影仪测量燃烧时的火焰速度;采用C-J理论计算了预混气体的理论爆速和理论爆压。结果表明,预混气体在燃烧管内快速燃烧,火焰呈对称的Tulip结构,最大火焰速度为2 235.2m/s;除距离点火10cm处外,其余7个传感器压力陡然上升,均出现冲击波,其中100cm处的压力峰值最大为4.66MPa,冲击波的最大速度为2 247m/s;C-J理论爆速为2 366.75m/s,理论爆压为4.26MPa,最大火焰速度和最大冲击波速度与C-J理论爆轰速度的偏差分别为5.54%和5.06%,试验结果与理论值基本一致。

添加减阻剂的火箭煤油流阻与传热特性研究

针对液氧/煤油发动机性能提升时管路流阻大的问题,采用电传热试验系统研究了高分子减阻剂对模拟管路中高流速火箭煤油的流阻与传热特性的作用效能,并采用分析仪器考察了高分子减阻剂的添加对火箭煤油理化性能的影响。研究结果表明,含有0. 05%减阻剂的火箭煤油的理化性能满足《液体火箭发动机用煤油规范》关键技术指标要求;减阻剂的添加对火箭煤油产生一定的减阻效果,在流速20～60 m/s,温度50～200℃范围内,JZ-1的减阻率达60. 3%～76. 4%,JZ-2的减阻率为33. 1%～48. 4%;而减阻剂的添加降低了火箭煤油的传热性能,且减阻剂分子量越大传热性能降低越明显,在流速50 m/s,温度175℃时,添加JZ-1,JZ-2后火箭煤油传热系数分别下降32. 8%,8. 3%。从减阻剂在改变流动阻力和传热两方面评价,JZ-2对火箭煤油具有较佳的综合性能。

高能合成煤油GN-1性能研究

为了获得高能合成煤油(GN-1煤油)物化性能随温度和压力的变化规律,掌握GN-1煤油与现役火箭煤油在应用特性方面的差异,采用理论计算和实验方法,对GN-1煤油在物化性能(密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力)变化规律、安全特性(闪点、自燃温度、燃点、爆炸极限、毒性)、流动传热与结焦特性以及点火延迟特性进行了研究,并与火箭煤油进行了对比。通过实验研究得到了最高温度不超过200℃,最高压力不超过25MPa下GN-1煤油的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力实验数据,结合理论计算,获得了GN-1煤油在-40~350℃,0.1~60MPa内热物性变化规律,并与火箭煤油进行了对比。此外,研究结果还表明:GN-1煤油的闪点为40℃(低于火箭煤油闪点74℃),自燃温度为305℃(高于火箭煤油自燃温度225℃),燃点为47℃(低于火箭煤油燃点82℃),爆炸极限为0.44%~2.9%(40℃),GN-1煤油和火箭煤油急性经口毒性LD_(50)>5000mg/kg。在入口压力10MPa,流速10m/s,内壁温480℃条件下,GN-1煤油的传热系数比火箭煤油提高14.4%。在采用GH3128高温合金管条件下,GN-1煤油出口油温220℃时试验段平均结焦速率是出口油温150℃时的4.43倍,GN-1煤油316L不锈钢管路中试验段平均结焦速率为GH3128高温合金管路中的22.3%。在970~1105K内,GN-1煤油的点火延迟时间为火箭煤油的55.6%~69.3%。

TC4在液体推进剂单推-3中电化学腐蚀机理研究

为了开发推进剂/金属材料电化学加速试验技术,需要掌握材料的腐蚀特性。本文采用电化学测试方法,结合扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)分析手段,研究了钛合金TC4在液体推进剂单推-3中的电化学腐蚀行为与机理。结果表明:TC4在单推-3中的自腐蚀电流密度约为95nA/cm^(2),腐蚀速率约为0.8μm/a,抗均匀腐蚀性能良好,TC4在单推-3中可长期使用;TC4在单推-3中具有两段不同的钝化电位区间,随着极化电位的正移,最终形成外层为TiO_(2)薄膜、中间Al_(2)O_(3)阻挡层、内层为TiO+Ti2O3的三层结构特征的钝化膜,并具有很正的点蚀电位;单推-3中主要组分肼和硝酸肼对TC4钝化膜的破裂溶解过程具有协同作用。

RBCC组合动力用液体推进剂研究进展

结合RBCC组合动力的发展需求,从性能、使用情况等方面探讨近年来组合动力吸气式模态用燃料和火箭模态用推进剂的研究进展,包括吸热型碳氢燃料、高密度吸热碳氢燃料、四氧化二氮/绿色自燃燃料和过氧化氢/碳氢燃料等。为满足RBCC系统对推进剂的长贮需求,RBCC吸气式模态宜发展兼顾高密度和高吸热能力的碳氢燃料;火箭模态需发展能够与四氧化二氮迅速自燃,且能量不低于现有肼类燃料的新型绿色燃料;过氧化氢/碳氢燃料需重点解决过氧化氢使用安全性和长贮稳定性问题,并形成可靠的安全应用方案。针对RBCC动力系统提出的可长期贮存、免维护等要求,现有推进剂方案还需要在性能提升、工程适用性、系统匹配性等方面继续开展关键技术攻关。

超低冰点自燃推进剂性能分析与发动机试验验证

针对现用双组元自燃推进剂冰点偏高的问题,开展了新型超低冰点肼基燃料的研制,初步完成了配方设计、理化性能测试、热力计算、自燃特性评价以及发动机点火试验。结果表明,DB系列燃料冰点低至-100℃,沸点高于50℃,在发动机喷管面积比为100时,MON-34/DB-3理论比冲为359.7 s,发动机燃烧效率达0.9以上。

NOFBx推进剂的火焰传播特性试验及分析

为了解决NOFBx推进系统中存在的火焰向推进剂供应端传播(即回火)的安全性问题,设计搭建了NOFBx推进剂火焰传播特性试验平台,对比了5种不同配方的预混气体在石英玻璃管和不锈钢毛细管中的火焰传播特性,并采用高速摄像仪对火焰传播过程进行了全程记录以得到火焰锋面的行进规律。结果表明,通过对比试验得到几种不同配比的NOFBx推进剂在毛细管中的防回火临界直径范围,其中9∶1配比的N2O-C2H4预混气体在长度1 000 mm的毛细管中的防回火临界直径在0.5~0.7 mm之间,而添加一定比例的稳定剂后防回火临界直径发生不同程度的增大,这意味着稳定剂的加入对预混气体的火焰传播特性产生显著影响。在研究范围内,预混气体配方变化引起的试验实测爆轰速度的变化趋势与C-J理论爆轰速度相一致,即稳定剂的添加量越大,其对预混气体的火焰传播特性抑制效果越强。

近红外光谱法快速测定肼-70纯度

利用重量法精确配制不同肼质量分数的肼-70样品集,采用偏最小二乘法建立了肼质量分数的近红外光谱模型,以快速测定肼-70的纯度。样品恒温时间为5 min,光谱最佳预处理方式:均值中心化,一阶导数,21点平滑,模型最佳主因子数为4。近红外光谱法与碘酸钾直接滴定法测定结果相比相对偏差绝对值小于0.13%,经t检验,两种方法测定结果无显著性差异。近红外光谱法快速、准确,可用于肼-70产品的质量控制。

火星液氧/甲烷推进剂原位制备技术研究进展

火星是人类深空探测的重要目标之一。利用火星上的大气、水等资源原位制备液氧、甲烷等推进剂,不仅为火星探测器返回地球、开展长周期火星探测等提供能源,也为人类建立火星生命保障系统提供必要的物质基础。分析了火星推进剂原位制备的重要性,对推进剂原位制备的资源、技术方案进行了对比分析,并重点叙述了CO_2捕集、水资源获取等方面的研究进展,以期为该领域相关研究提供参考。

N2O基单组元气体推进剂的爆炸事故分析

针对新型N2O基单组元气体推进剂在发动机试车过程中发生的爆炸事故,通过推进剂的基础安全特性实验与管道阀门的结构分析,开展了事故原因分析。气体推进剂点火能量的实验结果表明,临界点火能量在0.25~0.50 mJ之间。在实验管道中的火焰传播速度能达到410 m/s。临界着火温度的实验结果显示,样品的最低着火温度为135℃。阀门的工作原理与结构分析结果显示,在阀门通电开启过程中,会对活塞上方4.06 mL的气体产生压缩作用。根据绝热方程计算可知,气体在压缩过程中温度可升至193.7℃。对比实验与理论计算可以推知,阀门启动过程中的压缩作用,可能是发生爆炸事故的根本原因。