閃光燈作為新型的點(diǎn)火裝置不同于電火花點(diǎn)火、等離子體點(diǎn)火、激光點(diǎn)火等點(diǎn)火方式,具有多點(diǎn)同時點(diǎn)火、響應(yīng)時間短等特點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注。常用的閃光點(diǎn)火材料為含能密度大的材料,如微納米鋁、碳納米管、石墨烯、多孔硅等。為了比較不同納米金屬材料光點(diǎn)火時的差異,本文主要研究納米鐵、納米鋁及其復(fù)合材料的光點(diǎn)火燃燒特性,并對改善點(diǎn)火的方式進(jìn)行討論。首先,對兩種不同的納米材料鐵納米粒子和鋁納米粒子進(jìn)行光點(diǎn)火實驗并用高速攝像機(jī)記錄燃燒過程,通過觀察不同材料的光點(diǎn)火現(xiàn)象,研究其燃燒方式并計算燃燒過程中的溫度場分布,通過點(diǎn)火前后微觀結(jié)構(gòu)的變化分析兩種材料光點(diǎn)火的氧化機(jī)理,改變實驗材料的工況討論兩種材料的最小點(diǎn)火能(MIE)及燃燒轉(zhuǎn)化率的影響因素,并簡要分析不同吸收波長下的光點(diǎn)火燃燒情況。結(jié)論表明,納米鐵粉的光點(diǎn)火分為兩個階段,點(diǎn)燃期和緩燃期,點(diǎn)燃期持續(xù)幾十個毫秒,點(diǎn)火瞬間的溫度高達(dá)2000K左右,緩燃期持續(xù)數(shù)秒,沿著三個方向傳播,平均燃燒溫度在800K左右。隨著樣品質(zhì)量的增大,納米鐵粉的MIE隨之降低,燃燒轉(zhuǎn)化率也隨之升高。即單位面積下的顆粒數(shù)量越多,MIE越小,其燃燒轉(zhuǎn)化率也越高。納米鋁粉的光點(diǎn)燃過程火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快,持續(xù)數(shù)秒,但是比納米鐵粉燃燒速度快,平均燃燒溫度在1000K左右。納米鋁粉的MIE較納米鐵粉的MIE大很多,隨著樣品質(zhì)量增大,其MIE的變化并不明顯,但是納米鋁粉的燃燒轉(zhuǎn)化率比納米鐵粉的大,隨著樣品質(zhì)量增大,燃燒轉(zhuǎn)化率也上升較少。兩種納米材料的光點(diǎn)燃都是由于黑體輻射效應(yīng)吸收光能量在極短時間內(nèi)使溫度升高,表面氧化層破裂,內(nèi)部顆粒與氧氣發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致的。納米材料的光點(diǎn)燃與閃光燈的光能量密度和材料的吸收光能力相關(guān),其共同決定了閃光燈可吸收的光能量,也決定了最小點(diǎn)火能的大小。其次,將適量的碳納米管分別與納米鐵和納米鋁進(jìn)行混合形成復(fù)合材料,分別對兩種復(fù)合材料進(jìn)行光點(diǎn)火實驗,研究不同碳納米管含量下的燃燒特性和溫度場分布,并且測量不同工況下的材料的最小點(diǎn)火能,分析碳納米管對金屬材料光點(diǎn)火的影響,檢測點(diǎn)火前后材料的微觀結(jié)構(gòu),分析其氧化機(jī)理。實驗結(jié)果表明,納米鐵粉復(fù)合材料的燃燒過程較為緩慢,燃燒時呈現(xiàn)微弱的紅光,此時燃燒溫度為900K,略高于純納米鐵粉的燃燒溫度。當(dāng)CNTs質(zhì)量含量在0～20%時,混合材料的MIE隨CNTs含量增加而大幅降低;當(dāng)CNTs質(zhì)量含量為20%～80%,混合材料的MIE基本保持不變,且遠(yuǎn)小于純的納米材料;當(dāng)CNTs質(zhì)量含量為80%～100%時,混合材料的MIE逐漸加大。納米鋁粉復(fù)合材料光點(diǎn)燃后產(chǎn)生巨大的火焰,燃燒過程中的高溫區(qū)處在火焰中心,平均溫度為1600K左右。隨著CNTs質(zhì)量含量增大,混合材料的MIE 一直減小到CNTs的MIE。材料的質(zhì)量對MIE的影響微乎其微。最后,在兩種金屬納米粒子中添加定量的催化劑,形成復(fù)合材料。研究復(fù)合材料的燃燒現(xiàn)象,并計算其燃燒過程中的溫度場分布,測量不同催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的復(fù)合材料的最小點(diǎn)火能,分析降低最小點(diǎn)火能的方法。實驗結(jié)果表明,Ti02無法與納米鐵發(fā)生反應(yīng),納米鐵復(fù)合材料的光點(diǎn)火燃燒現(xiàn)象不明顯,平均燃燒溫度在850K左右,MIE隨著催化劑含量增加而逐漸增大。納米鋁粉中添加適當(dāng)?shù)腡iO2催化劑時,閃光燈曝光后出現(xiàn)了劇烈的鋁熱反應(yīng),燃燒溫度最高達(dá)到2400K。當(dāng)TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0%～20%時,混合材料的MIE隨TiO2含量增加而大幅降低;當(dāng)Ti02質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～40%時,混合材料的MIE基本保持不變;當(dāng)Ti02質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%時,混合材料的MIE迅速增大,直到無法被點(diǎn)燃。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

本文所使用的光點(diǎn)火實驗系統(tǒng)是由南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院先進(jìn)燃燒實驗逡逑室自主設(shè)計、研發(fā)并且搭建的。本實驗系統(tǒng)主要包括一個可上下調(diào)控的位移平臺、燃燒逡逑用的石英玻璃支架、普通閃光燈光源以及高速攝像機(jī)捕捉系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)原理圖如圖２．邋１逡逑所示。逡逑Ｇｌａｓｓ邋ｓｌｉｄｅ邋Ｎａｎｏ邋ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑＼邋｜逡逑Ｓ邋Ｆｌａｓｈ邋Ｉ逡逑圖２．１光點(diǎn)火實驗系統(tǒng)圖逡逑２．１．１點(diǎn)火光源逡逑閃光燈的光源不同于激光、等離子體，屬于大面積的光輻射。而且閃光燈的曝光時逡逑間極短，能在瞬間釋放大量光能量，能量密度較大，因此閃光點(diǎn)火是實現(xiàn)材料燃燒的可逡逑靠方式。逡逑本文中所使用的閃光燈型號為Ｔｒｉｐｐｏ－６９０Ｎ，通過一個Ｓｉ基光測試器測定曝光瞬間逡逑的屬性。結(jié)果顯示，閃光燈的曝光類似于脈沖光波，曝光持續(xù)時間為７．８ｍｓ，由１２ｎｓ的逡逑上升段、６ｍｓ的曝光段和１．８ｍｓ的衰減段組成。同時利用裝配有測量頭（ＵＰ１９－１５Ｓ－ＶＲ）逡逑的光能量計（ＧｅｎＴｅｃ－ＥＯ，邋Ｓｏｌｏ邋２邋Ｓｅｒｉｅｓ）測定閃光燈在曝光瞬間的能量，結(jié)果顯示其最大逡逑能量密度為１．９７Ｊ／ｃｍ２。然后利用型號為ＵＳＢ邋２０００＋的光譜儀測量閃光燈光譜特性，其中逡逑光纖型號為ＱＰ４００－２－ＶＩＳ－ＮＩＲ，測量結(jié)果如下圖２．２所示。如圖所示，閃光燈所釋放的逡逑光譜范圍主要為可見光

本文所使用的光點(diǎn)火實驗系統(tǒng)是由南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院先進(jìn)燃燒實驗逡逑室自主設(shè)計、研發(fā)并且搭建的。本實驗系統(tǒng)主要包括一個可上下調(diào)控的位移平臺、燃燒逡逑用的石英玻璃支架、普通閃光燈光源以及高速攝像機(jī)捕捉系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)原理圖如圖２．邋１逡逑所示。逡逑Ｇｌａｓｓ邋ｓｌｉｄｅ邋Ｎａｎｏ邋ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑＼邋｜逡逑Ｓ邋Ｆｌａｓｈ邋Ｉ逡逑圖２．１光點(diǎn)火實驗系統(tǒng)圖逡逑２．１．１點(diǎn)火光源逡逑閃光燈的光源不同于激光、等離子體，屬于大面積的光輻射。而且閃光燈的曝光時逡逑間極短，能在瞬間釋放大量光能量，能量密度較大，因此閃光點(diǎn)火是實現(xiàn)材料燃燒的可逡逑靠方式。逡逑本文中所使用的閃光燈型號為Ｔｒｉｐｐｏ－６９０Ｎ，通過一個Ｓｉ基光測試器測定曝光瞬間逡逑的屬性。結(jié)果顯示，閃光燈的曝光類似于脈沖光波，曝光持續(xù)時間為７．８ｍｓ，由１２ｎｓ的逡逑上升段、６ｍｓ的曝光段和１．８ｍｓ的衰減段組成。同時利用裝配有測量頭（ＵＰ１９－１５Ｓ－ＶＲ）逡逑的光能量計（ＧｅｎＴｅｃ－ＥＯ，邋Ｓｏｌｏ邋２邋Ｓｅｒｉｅｓ）測定閃光燈在曝光瞬間的能量，結(jié)果顯示其最大逡逑能量密度為１．９７Ｊ／ｃｍ２。然后利用型號為ＵＳＢ邋２０００＋的光譜儀測量閃光燈光譜特性，其中逡逑光纖型號為ＱＰ４００－２－ＶＩＳ－ＮＩＲ，測量結(jié)果如下圖２．２所示。如圖所示，閃光燈所釋放的逡逑光譜范圍主要為可見光

弱的紅光并向周圍擴(kuò)散。當(dāng)整個樣品都被點(diǎn)燃時出現(xiàn)明亮的紅光，最后直到紅光消失，逡逑燃燒過程結(jié)束。樣品表面的顏色由深黑色變?yōu)榘牖疑詈笞優(yōu)橥耆趸蟮募t棕色，如逡逑圖３．２所示。逡逑Ｂｅｆｏｒｅ邐Ａｆｔｅｒ逡逑ｌ邋＼Ｔ＾邐ｕ邋．：？？逡逑ａ逡逑邐逡逑■■邋■逡逑５ｍｍ逡逑圖３．２納米鐵粉光點(diǎn)火前后樣品表面顏色的變化逡逑１７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉迎吉;劉林林;;二茂鐵類燃速催化劑對含鎂鋁富燃料推進(jìn)劑一次燃燒性能的影響研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2014年11期

2 盧紅霞;侯鐵翠;曾昭桓;張銳;許紅亮;王海龍;;納米鋁粉及微米鋁粉的氧化特性研究[J];輕合金加工技術(shù);2007年10期

3 高東磊;張煒;朱慧;劉香翠;;納米鋁粉在復(fù)合推進(jìn)劑中的應(yīng)用[J];固體火箭技術(shù);2007年05期

4 郭濤;陳偉;嚴(yán)新平;初秀民;;單片式CCD彩色攝像機(jī)顏色處理原理與實現(xiàn)[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版);2007年03期

5 胥會祥;趙鳳起;;鎂鋁富燃料推進(jìn)劑燃燒殘渣影響因素理論分析[J];固體火箭技術(shù);2006年03期

6 龐承新;梁雷;李舜安;;添加二茂鐵提高柴油燃燒熱值的研究[J];廣西師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年01期

7 江治,李疏芬,趙鳳起,劉子如,陰翠梅,羅陽,李上文;納米鋁粉和鎳粉對復(fù)合推進(jìn)劑燃燒性能的影響[J];推進(jìn)技術(shù);2004年04期

8 潘清,汪淵,陳智群,趙鳳起,李上文;NEPE推進(jìn)劑的熱分解研究(IV)[J];固體火箭技術(shù);2003年04期

9 何廣平,章偉光,賴敏;CACE系統(tǒng)用于二茂鐵對柴油燃燒速率和燃燒效率的影響規(guī)律的研究[J];計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2002年03期

10 衛(wèi)成業(yè),王飛,馬增益,薛飛,胡剛,李曉東,嚴(yán)建華,岑可法;運(yùn)用彩色CCD測量火焰溫度場的校正算法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2000年01期

本文編號：2825541