侧卷流和复合卷流燃烧系统混合燃烧特性

为研究侧卷流燃烧系统(LSCS)和复合卷流燃烧系统(MSCS)对直喷式柴油机性能的影响,通过单缸柴油机台架开展了LSCS和MSCS的燃烧性能试验,结合仿真分析,揭示了LSCS和MSCS的缸内油、气混合特性.结果表明:在小负荷和高过量空气系数φ_(a)下,MSCS体现出较好的燃烧性能,相比于LSCS,其燃油消耗率最大降幅为3.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.13 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.6°CA;但在大负荷和低φ_(a)下,LSCS体现出更好的燃烧性能,相比于MSCS,其燃油消耗率最大降幅为2.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.56 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.8°CA.仿真结果表明:随负荷减小或φ_(a)增大,燃油射流贯穿能力减弱,复合卷流燃烧室的弧脊能更有效地提升油、气混合质量;随负荷增大或φ_(a)减小,燃油射流贯穿能力增强,复合卷流燃烧室的弧脊阻碍了燃油射流扩散,侧卷流燃烧室的分流造型能更显著地改善油、气混合过程.

硼基金属复合物的点火和燃烧特性研究进展

综述了近几年国内外硼基金属复合物点火和燃烧特性的最新研究进展,重点归纳了二元硼基金属复合物、三元硼基金属复合物和纳米硼基金属复合物的点火和燃烧研究现状,并对比了其优缺点,其中对二元硼基金属复合物的研究较为丰富,对三元硼基金属复合物的研究大多集中于制备方向,关于点火和燃烧特性研究较少,对纳米基金属复合物的点火燃烧机理尚不清楚。指出了硼基金属复合物未来的研究方向:(1)对于制备工艺较简单的二元硼基金属复合物,下一步应具体研究其工艺对产物性能的影响;(2)利用分子动力学和有限元分析的方法对其燃烧机理进一步分析;(3)关于纳米硼基金属复合物可考虑建立一种稳定悬浮液进一步探究其点火和燃烧机制。附参考文献71篇。

高频感应燃烧红外吸收光谱法测定碳化硼增强铝基复合材料中碳

碳化硼增强铝基复合材料是一种新型的核电站乏燃料储存框架材料,准确测定其中的碳含量有利于从源头上指导复合材料的质量控制。通过对样品称样量、助熔剂种类、用量及加入顺序等关键参数考察,确定了最佳工作条件:样品量为0.025~0.050 g,助熔剂组合为0.4 g铁+0.2 g锡+1.5 g钨。采用合金钢、生铁和高碳铬铁标准样品校准碳硫分析仪,建立了高频感应燃烧红外吸收光谱法测定碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的分析方法。通过对试样测定的精密度和加标回收率实验验证,证明方法用于碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的分析切实可行。方法在含量为0.006%~9%线性良好,实际样品中碳测定结果的精密度(RSD,n=6)为0.50%~1.3%,加标回收率为93.0%~100%。方法满足碳化硼增强铝基复合材料中碳含量的快速准确检测需求。

AP/KP复合型氧化剂的设计、制备及燃烧性能

为了解决现有混合炸药用氧化剂高氯酸铵(AP)密度和有效氧含量低的问题,将密度和有效氧含量更高的氧化剂高氯酸钾(KP)与AP复合,使用分子动力学方法确定了AP/KP复合型氧化剂的最佳配比,使用物理混合法和溶剂蒸发法分别制备了新型AP/KP高密度高释氧复合型氧化剂,并采用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热分析仪(DSC-TG)对其元素组成、形貌、结构、成分和热性能等进行表征。结果表明:使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂的元素分布合理,粒度分布均匀;XRD晶型未发生变化,晶型较为完整;AP和KP的热分解峰温分解分别下降了11.25℃和13.87℃,更有利于热分解过程的进行。此外,将物理混合法和溶剂蒸发法制备的复合型氧化剂引入典型金属可燃剂Al粉中,对比研究了不同制备方法的样品和Al粉的点火和燃烧性能。结果表明,使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂和Al粉混合时燃烧热值达到12.228 MJ·kg^(-1),增压速率达到5.21 MPa·s^(-1),激光点火试验表明AP燃烧反应速率慢和KP点火困难的缺点均被大幅度改善。

整体式钴基复合金属催化剂微波催化燃烧甲苯特性

以蜂窝状堇青石为载体,通过将钴与过渡金属铜锰铈复合,浸渍法制备系列整体式钴基复合金属催化剂,探究其在微波辐照下对典型VOCs—甲苯的催化活性.结果表明,甲苯进气浓度1000mg/m^(3),进气流速4L/min时,催化剂对甲苯的催化活性为CoCuCeOx>CoCuOx>CoCuMnCeOx>Co CuMnOx,CoCuCeOx对甲苯的T50=220℃、T90=295℃.表征可知,钴铜氧化物的复合使得催化剂表面颗粒态的CoOx、CuOx和Cu Co_(2)O_(4)尖晶石相互搭建形成有空隙的球状结构,而锰的加入不利于该球状结构生成.Cu^(2+)取代了一部分Co3O4尖晶石结构中的Co^(2+)形成Cu Co_(2)O_(4)尖晶石,CuCo_(2)O_(4)尖晶石中的Co-O和Cu-O键容易断裂,从而促进气态氧的吸附与活化,产生表面活性氧物种参与甲苯的氧化反应.Ce的加入会存在Ce^(3+)/Ce4+价态的转化,促使CoCuCeOx催化剂表面产生丰富的氧空位,进而作为活性中心促进甲苯的氧化降解.钴、铜、铈之间的复合改变了活性组分结构,提高了催化剂的吸波性能与催化活性,可应用于微波催化燃烧VOCs技术中.

玻璃纤维/环氧树脂复合材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪、垂直水平燃烧试验仪、极限氧指数测试仪等手段研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同火灾环境下的燃烧特性。结果表明:随热辐射强度的增加,实验样品的平均点燃时间逐渐缩短,热释放速率和热释放速率峰值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率降低。由于玻璃纤维的抑制作用,复合材料总体质量损失幅度较小。实验样品在水平燃烧试验中未能点燃,在垂直燃烧试验中,平均烧焦长度48.3mm,移去火源后的平均焰燃时间为11.8s。氧指数试验显示,温度升高200℃后,其值降为室温氧指数的74.9%,表明在高温环境下复合材料更易被点燃。玻璃纤维的存在能够抑制环氧树脂的热解和燃烧。

一种无机复合聚苯板的制备与燃烧性能研究

采用具有负热值特性的半水硫酸钙等无机材料为主要添加剂制备阻燃浆液,以低密度膨胀聚苯乙烯泡沫为基体,使用负压顺孔与负压吸附技术,制备了无机复合聚苯板;使用导热系数测试仪测试了该复合材料的保温性能,使用氧指数测试仪、热值测试仪、锥形量热仪、单体燃烧装置测试其燃烧性能。经检测,该无机复合聚苯板的导热系数为0.041 W/(m^(2).K),热值仅为2.91 MJ/kg,氧指数达到39.7%;锥形量热仪测试结果显示,该复合聚苯板在燃烧过程中未发生收缩熔融,且保持一定的形状,其热释放速率峰值、总热释放量、产烟速率峰值以及总产烟量相比聚苯乙烯泡沫基材大幅降低;单体燃烧测试结果显示,该无机复合聚苯板的燃烧性能等级达到A2级,产烟特性等级达到S1级;分析其阻燃机理,认为主要源于二水硫酸钙吸热的分解反应和惰性的分解产物。

难燃型改性聚乙烯复合卷材燃烧性能试验研究

为全面评价难燃型改性聚乙烯复合卷材的燃烧性能,采用可燃性试验和辐射热源法对5组复合卷材进行测试。结果表明,复合卷材D的燃烧性能不符合GB 8624—2012中B1级的技术要求,其余四组复合卷材的燃烧性能均符合GB 8624—2012中B1(B)级的技术要求,其中,蜂窝型复合卷材相对于砂面型复合卷材具有更佳的燃烧性能。在进行可燃性试验时,可考虑将20 s内是否有燃烧滴落物引燃滤纸现象作为测定指标。在进行临界辐射通量试验时,可考虑在不预热的情况下直接点燃试样进行试验。

Co-Cu-Mn复合氧化物催化低浓度瓦斯的燃烧性能

为了探究钴、铜、锰复合氧化物催化剂催化低浓度瓦斯的燃烧性能,采用共沉淀法制备了不同物质的量比的7种Co-Cu-Mn三元复合氧化物催化剂,应用固定床微型反应器开展低浓度瓦斯催化燃烧实验,并结合SEM、BET、XRD、H 2-TPR、XPS表征评价了不同催化剂的催化活性。结果表明:钴、铜、锰物质的量比对Co-Cu-Mn三元复合催化剂催化活性有较为显著的影响,钴、铜、锰物质的量比为5∶2.5∶2.5的催化剂因孔隙结构更为发育以及具有更高的Co^(3+)、Cu^(2+)和Mn^(3+)离子占比,致使Co、Cu、Mn 3种元素价态转变过程中形成更多的氧空位,对低浓度瓦斯催化燃烧表现出更好的催化活性;此外,Co-Cu-Mn三元复合氧化物催化剂中的钴为Co_(3)O_(4)尖晶石晶体结构,锰物种在催化剂制备过程中掺杂到Co_(3)O_(4)尖晶石晶格中形成了Co-Mn固溶体,铜氧化物以无定型或高分散状态存在于催化剂表面。

Pt-Pd/MnCo_(2)O_(4)复合型催化剂的制备及其对低碳烃等有机物的催化燃烧性能

在涂覆氧化铝的陶瓷蜂窝载体上,通过化学还原法原位构建MnCo_(2)O_(4)纳米小球颗粒使其生长于氧化铝涂层,制备出两种Pt-Pd/MnCo_(2)O_(4)复合型催化燃烧催化剂MnCo-2、MnCo-3。MnCo-2的贵金属含量比国外参比剂少约44%、比国产参比剂少约16%,乙烷等低碳烃氧化活性与国外参比剂相当,其乙烷转化率为99%时的氧化转化温度(T_(99))、丙烷T_(99)、甲烷转化率为90%时的氧化转化温度(T_(90))分别为440,380,460℃,比国产参比剂低60℃,且在累积800 h的测试中性能稳定。MnCo-3的贵金属含量比国外参比剂少约61%、比国产参比剂少约41%,其试剂总成本约比国产参比剂低38%,其乙烷T 99为475℃,比国产参比剂低25℃。

金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究进展

为了阐明不同结构类型的金属复合氧化物及其复合材料作为燃烧催化剂时对固体推进剂含能组分的热分解催化性能,分别对尖晶石型、钙钛矿型、类钙钛矿型、碳材料基金属复合氧化物及金属元素掺杂的金属复合氧化物的催化活性进行总结。根据其结构及负载材料的不同,分析其对固体推进剂燃烧速率、压力指数及含能组分热分解峰温、放热量及表观活化能的影响,发现金属复合氧化物及其复合材料表现出比单一金属氧化物更为优异的催化活性。最后,指出了今后金属复合氧化物基燃烧催化剂在固体推进剂中的研究方向。

ZrMn复合氧化物对苯的催化燃烧性能影响因素研究

采用氧化还原共沉淀法合成了不同温度煅烧的ZrMn复合氧化物催化剂用于苯的催化燃烧,通过TG-DTA、XRD、N_(2)吸脱附、H_(2)-TPR等对ZrMn复合氧化物进行表征分析,结果表明:煅烧温度为300/400℃制备的ZrMn复合氧化物催化化燃烧苯的性能较好,200℃时苯转化率可达到100%。煅烧温度的过度升高会引起ZrMn复合氧化物晶型的转变、比表面积减小以及氧化还原性能的降低,进而影响其催化燃烧苯的活性。

HATO-AP复合物点火燃烧特性

采用干混法和溶剂-非溶剂重结晶法分别制备了1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐(HATO)和高氯酸铵(AP)的混合物和复合物,通过扫描电子显微镜(SEM)和国军标方法分析了HATO、AP、HATO+AP混合物以及HATO-AP复合物的微观形貌和机械感度,并试验对比了它们的点火和燃烧压力特性,结合热重-质谱(TG-MS)分析结果讨论了HATO-AP复合物的反应特性。结果表明,HATO-AP复合物中可能存在HATO和AP共晶、混晶或者相互包覆的情况,使其机械感度相比HATO+AP混合物大幅降低。HATO的燃烧压力峰值和压力上升速率均远高于AP,而HATO-AP复合物能够消除AP的不利影响,使其燃烧压力峰值比HATO提高17.3%。由于HATO-AP复合物实现了2种材料在更小的微观尺度上良好接触,复合物中HATO与AP两分子趋向于直接反应,反应过程中N元素可能直接通过反应生成NH3、HCN、NO或者其它NOx,而反应过程不再有N2生成,复合物反应历程的改变可能导致其具有不同的燃烧压力特性。

笼形结构硅倍半氧烷提升聚醚复合推进剂力学和燃烧性能研究

复合推进剂研究者期望寻找能够同时提高复合固体推进剂力学性能、催化燃烧和促进铝燃烧的多功能助剂。笼形硅倍半氧烷(POSS)是一种有机-无机杂化物,本文研究了有机基团为苯基、一硝基苯基、二硝基苯基、氨基苯基的四种POSS以1wt%的含量对端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)/高氯酸铵/铝粉复合推进剂性能的影响。结果表明:四种POSS化合物,均能够提高推进剂抗拉强度和伸长率,八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)效果最优;均可提高PET推进剂在3~18MPa的燃速,显著降低10.5~18MPa区间的燃速压强指数(n);均能够抑制PET推进剂中铝颗粒在燃烧过程中的团聚,明显降低凝聚相燃烧产物的尺寸,八(二硝基苯基)硅倍半氧烷(ODNPS)效果最好。

纳米CuCr_(2)O_(4)在HTPB复合推进剂中应用的安全性及燃烧机理

为提高纳米CuCr_(2)O_(4)(n-CuCr_(2)O_(4))燃烧效能,阐明其促进HTPB复合推进剂燃烧的机理,研究了n-CuCr_(2)O_(4)分散方法,探讨了n-CuCr_(2)O_(4)对复合推进剂安全性和燃烧性能的影响。结果表明,癸二酸二异辛酯(DOS)可使n-CuCr_(2)O_(4)颗粒充分分散,颗粒粒径为50 nm。将DOS与乙酸乙酯混合作为分散液,n-CuCr_(2)O_(4)/分散液为12/100,超声分散30 min,n-CuCr_(2)O_(4)可以有效分散,使推进剂燃速提高1.5%。在含量均为2.5%时,含n-CuCr_(2)O_(4)推进剂的燃速虽然低于含卡托辛的,但是摩擦感度和撞击感度均降低。与微米CuCr_(2)O_(4)相比,n-CuCr_(2)O_(4)与卡托辛配合使用,使推进剂的摩擦感度由68%降低至52%,扩散火焰燃烧更充分,燃烧波温度分布曲线的斜率较大,4 MPa下为3.54×10^(4)℃/s,而含微米级CuCr_(2)O_(4)推进剂的燃烧波温度分布曲线斜率为2.06×10^(4)℃/s,明显促进了推进剂燃烧,而且随压力增加,这种趋势更加明显。

TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制,现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型精度高,代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型计算成本低,类比离散涡模拟思想,基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域,在输运方程框架下采用随机场TPDF(高精度)和ASOM(低成本)方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟(LES)-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明:所建模型的预测结果与实验值接近,而且能够兼顾精度和计算效率。

酸碱滴定法测定复合固体推进剂燃烧产物中氯化氢

设计了一套固体推进剂燃烧产物收集装置,建立了酸碱滴定法测定燃烧产物中氯化氢含量方法。在密闭燃烧产物收集装置中,采用Φ36 mm实验发动机试车,加入1 L 1 mol/L氢氧化钠溶液吸收燃烧产物,并用氢氧化钠溶液将气体收集罐内部清洗干净,合并吸收液并准确称取质量。吸收液静置17 h后准确称取上清液约20 g进行测试。以甲基橙为指示剂,控制滴定终点pH在3.4左右,使Al^(3+)和CO_(2)以进入体系的初始状态存在于终点体系中,消除Al^(3+)和CO_(2)的影响,用0.1 mol/L盐酸标准滴定溶液滴定吸收液中剩余的氢氧化钠,得到推进剂燃烧产物中氯化氢含量。该法测定结果的相对标准偏差小于2%(n=6),测定结果与理论计算值的相对偏差在0~-1.5%之间,燃烧产物收集装置设计合理。

固体火箭发动机复合材料燃烧室外压稳定性研究

为了研究固体火箭发动机的外压承载能力,采用非线性有限元分析方法,对未填充药柱复合材料壳体、带药燃烧室的外压承载能力进行了仿真分析,并采用试验方法对仿真结果进行校验。研究结果表明,带药燃烧室的外压承载能力明显高于未填充药柱的复合材料壳体,药柱对燃烧室的承载能力有增强效果。此外,燃烧室内部充压能够有效提高其外压承载能力,且内部压强与燃烧室外压承载能力几乎呈线性关系。同时,还发现对于环槽加中孔药型,当药柱模量较低时,筒段为外压承载的薄弱部位,药柱模量增加有利于提高燃烧室失稳外压临界值;但是当药柱模量增加至一定程度时,封头由于环槽部位药柱肉厚较薄而转变为新的薄弱部位,药柱模量增加燃烧室失稳外压临界值并不增加。

纳米碳材料基复合燃烧催化剂的应用研究进展

总结了不同纳米碳材料基复合燃烧催化剂在固体推进剂中的研究与应用,分析了碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维、纳米炭黑、纳米活性炭等碳材料及其复合物对推进剂及其组分的热分解和燃烧调节作用,如降低AP、RDX等氧化剂的分解峰温、提高推进剂的燃烧速率和降低压强指数等。讨论了不同轻质纳米碳材料的特性和作为载体与金属粒子及其氧化物等结合形成负载催化剂的制备方法和燃烧催化作用。建议今后研究方向应致力于:拓展如碳点、含氮碳材料等新材料的设计及制备等,提高纳米碳材料基复合燃烧催化剂的催化活性;对纳米碳材料进行表面结构改性,以提高纳米粒子分散性;深入探究纳米碳基复合材料在固体推进剂中的催化机理以开展定向应用研究;对已有研究进行总结推演,利用机器学习快速设计和筛选高效燃烧催化剂,有效改善固体推进剂燃速、压强指数及燃烧稳定性等。

纳米硼基复合金属颗粒弥散燃烧的诊断研究

金属燃料的添加不仅能够提高推进剂的能量密度,还能缓解冲压发动机高频燃烧的不稳定现象。硼具有较高的质量热值和体积热值,受到了广泛关注。然而由于硼自身熔点高、沸点高且表面存在氧化层,导致点火困难,燃烧性能差。铝和铁的存在会使得氧化过程表面反应的放热增加,提高温度,促进硼的点火和燃烧。同时由于铝和铁具有较高的燃烧热和较快的能量释放速率,理论燃烧热利用率高,可引入铝和铁来提高硼的燃烧效率和实际燃烧热值。针对硼点火困难和燃烧性能差的问题,将硼分别和铝、铁掺混得到兼具较好点火性能和较高能量密度的复合金属燃料。采用弥散燃烧系统研究了纳米硼基复合金属颗粒云的弥散燃烧特性,利用高速相机获得硼及硼基复合金属颗粒云的燃烧过程,并利用双色法测量了其温度分布变化,应用光纤光谱仪、扫描透射电镜、X射线衍射和元素分析对硼基复合金属颗粒的燃烧特性及机理进行分析。结果表明,铝和铁的加入缩短了硼的点火延迟时间和燃烧时间,并且使得同一时间内被点燃的硼颗粒数量增加,硼的燃烧过程更加剧烈。铝的加入提高了复合燃料的燃烧温度;铁的加入降低了复合燃料的燃烧温度。硼基复合金属颗粒弥散燃烧测温过程中观察到明显的绿光,结合光谱图,分析该绿光来自于硼燃烧生成的中间产物BO_(2)。硼基复合金属颗粒弥散燃烧后团聚物主要为氧化产物,其中也含有少量的氮元素。硼基复合金属颗粒弥散燃烧后产物团聚现象更为明显,且不规则块状硼的破裂更加严重。硼基复合金属颗粒进入管式炉后,受到热辐射后在短时间内快速升温,铝和铁颗粒率先达到着火温度开始燃烧,燃烧释放的热量积聚在颗粒内部,被硼颗粒吸收,硼表面氧化层破裂,内部硼与空气接触,继而温度上升至硼的着火点,硼开始燃烧,从而促进了硼的燃烧。