儲氫材料可作為固體火箭推進(jìn)劑的燃料組分或添加劑,能有效提高固體火箭推進(jìn)劑的能量水平而被廣泛研究。但儲氫材料自身的點火及燃燒特性還未被完整揭示。本文搭建了基于激光輻射點火的儲氫材料點火實驗系統(tǒng),開展了幾種典型儲氫材料的激光點火及燃燒實驗,分析其點火及燃燒過程中的最低點火功率、點火延遲時間、快速升溫速率和表面的溫度分布、燃燒火焰顏色和結(jié)構(gòu)、火焰演變過程及燃燒機(jī)理等。本文研究的內(nèi)容包括:(1)金屬氫化物的點火及燃燒特性研究。采用激光點火技術(shù),分別對在常溫常壓自然對流條件下的Al H3和Mg H2兩種金屬氫化物進(jìn)行點火實驗。其中Al H3的實驗結(jié)果表明:氫化鋁受激光加熱作用后發(fā)生分解,首先釋放的氫氣著火燃燒呈現(xiàn)淡藍(lán)色火焰,析出的鋁單質(zhì)被激光和氣相火焰加熱融化,熔融過程中溫度基本保持不變;隨后鋁顆粒升溫氣化被點燃,分散在氫氣火焰中燃燒,出現(xiàn)棕紅色火焰;最后在光泳力作用下,樣品遠(yuǎn)離激光并發(fā)生淬熄。當(dāng)激光點火功率密度提高時,氫化鋁的點火延遲時間減小。Mg H2的實驗結(jié)果表明:在激光作用下其燃燒過程包括受熱分解、氫氣燃燒、鎂單質(zhì)燃燒和淬熄等階段。氫化鎂在激光作用下快速升溫并分解出氫氣和鎂單質(zhì),氫氣燃燒呈現(xiàn)淡藍(lán)色火焰,鎂單質(zhì)同時融化;熔融態(tài)的鎂單質(zhì)在激光輻射和氫氣燃燒熱反饋共同作用下發(fā)生氣化,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使粉末發(fā)生破碎;同時,氣態(tài)鎂在接觸氧氣后發(fā)生氣相反應(yīng),出現(xiàn)爆燃,并產(chǎn)生黃色火焰。隨著激光點火功率密度的提高,氫化鎂的點火延遲時間縮短,且越快發(fā)生爆燃,爆燃的次數(shù)也越多。(2)配位氫化物的點火及燃燒特性研究。對已制備的乙二胺鋁硼氫化物Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)進(jìn)行激光點火燃燒實驗,并結(jié)合熱解特性分析可知:Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)點的火延遲時間非常短,約為2.0ms,最小點火能量約0.3~0.5 m J;Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)的燃燒過程經(jīng)歷了脫氫、氫氣與雜質(zhì)燃燒和脫氫骨架燃燒三個連續(xù)階段;其燃燒產(chǎn)物主要包括CO2和H2O,不含NO2。(3)硼烷類儲氫材料的點火及燃燒特性研究。對一、二、三甲基胺硼烷進(jìn)行激光點火實驗,實驗結(jié)果表明:二甲基胺硼烷不易著火,一、三甲基胺硼烷點火及燃燒過程相似,均包括受熱分解、氣相著火、擴(kuò)散燃燒和淬熄等階段;甲基胺硼烷受熱分解并發(fā)生氣相著火,在自然對流作用下,燃燒變得劇烈,火焰鋒面向外擴(kuò)展;隨著材料的消耗殆盡,燃燒停止。一甲基胺硼烷的燃燒過程中出現(xiàn)藍(lán)色火焰,相對于三甲基胺硼烷,一甲基胺硼烷燃燒過程更穩(wěn)定。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文反應(yīng)方程式如下：3LiAlH4+AlCl3+Et2O(l)→4AIH3·nEt2O+3LiCl↓ 反應(yīng)結(jié)束后，將溶液過濾，除去溶劑，得到白色的 AlH3乙醚絡(luò)合物絡(luò)合物在 70℃下真空干燥 6 小時，以除去 AIH3·nEt2O 中絡(luò)合的乙醚。方程式見下列反應(yīng)式：AIH3·nEt2O→AlH3+Et2O↑ 熱處理完成后，用乙醚清洗除去助劑得到白色的 AlH3固體。圖 2.1 為 AlH3樣品的 SEM 圖片�？梢钥闯鰳悠奉w粒具有較規(guī)則的結(jié)面平滑，邊界清晰。

圖 2.2 AlH3樣品 XRD 圖鋁的熱解特性鋁樣品的熱解性能通過 TG 同步熱分析儀來進(jìn)行測量，測試在溫度范圍為 0-800℃，樣品的升溫速率定為 20℃/min。圖 2.果。可以看出，TG 曲線在 80℃左右開始迅速下降，達(dá)到 17點，此時樣品共失重 10.5 wt.%，說明該階段氫化鋁發(fā)生分解的失重超過氫化鋁的理論氫含量，分析其原因，認(rèn)為是氫化鋁醚溶劑未脫除，所以，該階段除了發(fā)生氫化鋁分解反應(yīng)外，還。隨后，TG 曲線開始上升，上升幅度較小，當(dāng)樣品增重 0.現(xiàn)有一定波動，主要是氫化鋁及分解出的鋁單質(zhì)發(fā)生了氧化化物覆蓋在未反應(yīng)的氫化鋁表面，阻礙了鋁單質(zhì)與氣相的接觸當(dāng)溫度高于 363℃時，曲線出現(xiàn)明顯下降，樣品失重 1.1 wt.生分解。在溫度達(dá)到 565℃時，曲線迅速上升。此時氧化產(chǎn)物

圖 2.3AlH3 樣品在空氣中熱重（TG）分析曲線化鋁的點火及燃燒測試系統(tǒng)點火和燃燒測試系統(tǒng)主要由紅外激光器、光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分組成。實驗裝置示意圖如圖 2.4 所示。

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本文編號：2830538