【摘要】：火星大氣中95.3%為CO_2氣體,為了在火星探測(cè)中進(jìn)行原位資源利用,實(shí)現(xiàn)Mg粉/CO_2穩(wěn)定點(diǎn)火燃燒,首先根據(jù)塑性理論建立了Mg粉/CO_2點(diǎn)火模型,考慮Mg粉/CO_2燃燒兩步反應(yīng),通過(guò)不同反應(yīng)速率模型組合的精度比較,建立了精度較高的燃燒模型。其次,基于所建立的點(diǎn)火燃燒模型,研究了Mg顆粒粒徑、預(yù)混氣流雷諾數(shù)和CO_2/Mg粉氧燃比對(duì)Mg粉/CO_2動(dòng)態(tài)點(diǎn)火燃燒性能的影響。在點(diǎn)火模型建立中,將Mg粉/CO_2點(diǎn)火簡(jiǎn)化為Mg顆粒表面氧化膜隨顆粒溫度升高而破裂的過(guò)程,以前人的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)為依據(jù),按照塑性理論初步建立了Mg粉/CO_2點(diǎn)火模型,再以環(huán)境壓力1atm,Mg顆粒粒徑1um、25um、45um和200um時(shí)的點(diǎn)火溫度為依據(jù),得到氧化膜外徑與Mg金屬球體半徑的關(guān)系,從而修正點(diǎn)火模型,使其計(jì)算誤差小于2%。在燃燒模型建立中,考慮了Mg粉/CO_2燃燒的氣相反應(yīng)和顆粒表面異相反應(yīng)的兩步燃燒反應(yīng)過(guò)程,分別應(yīng)用層流有限速率、渦耗散和King的氣相反應(yīng)速率控制模型與顆粒表面異相反應(yīng)速率控制的有限速率和King模型6種組合進(jìn)行了動(dòng)態(tài)Mg粉/CO_2燃燒計(jì)算,通過(guò)動(dòng)態(tài)Mg粉/CO_2燃燒實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)了各燃燒模型計(jì)算精度,結(jié)果表明氣相渦耗散模型和異相king模型組合的燃燒模型的特征溫度計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值基本一致。應(yīng)用所建立的點(diǎn)火模型和燃燒模型分別對(duì)Mg顆粒粒徑5um、10um、15um、20um和25um,預(yù)混氣流雷諾數(shù)1500、2000、2500、3000和3500,CO_2/Mg粉氧燃比1、1.5、2、2.5和3進(jìn)行了點(diǎn)火燃燒計(jì)算,得到Mg顆粒粒徑、預(yù)混氣流雷諾數(shù)和CO_2/Mg粉氧燃比對(duì)點(diǎn)火燃燒的影響規(guī)律:(1)雷諾數(shù)和氧燃比相同時(shí),粒徑5um時(shí)氣相反應(yīng)速率最快,異相反應(yīng)速率最慢,粒徑25um時(shí)相反,粒徑20um時(shí)點(diǎn)火時(shí)間最短。(2)Mg顆粒粒徑和氧燃比相同時(shí),雷諾數(shù)1500時(shí)氣相反應(yīng)速率和異相反應(yīng)速率最快,點(diǎn)火時(shí)間最短。(3)Mg顆粒粒徑和雷諾數(shù)相同時(shí),氧燃比1.0時(shí)氣相反應(yīng)速率和異相反應(yīng)速率最快,但點(diǎn)火時(shí)間最長(zhǎng),氧燃比1.5時(shí)點(diǎn)火時(shí)間最短。
【圖文】：

學(xué)碩士學(xué)位論文 第g 蒸氣的飽和蒸氣壓力影響。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)和理論分析認(rèn)為飽有關(guān)[37-39]，所以通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到 Mg 的飽和蒸氣壓系[40]，從而得到氣相反應(yīng)時(shí) Mg 蒸氣的蒸發(fā)量。相反應(yīng)，根據(jù) King[33]的研究結(jié)果，異相反應(yīng)中 CO 的消耗和顆粒溫度有關(guān)，從而建立 Mg 粉/CO2異相反應(yīng) King 模]的異相反應(yīng)指前因子、活化能和溫度系數(shù)可以建立異相反模型中異相反應(yīng)速率與兩相間的接觸面積有關(guān)，一般將 M這樣兩相間的接觸面積就是球形顆粒的表面積。述 Mg 粉/CO2燃燒模型由氣相反應(yīng)模型和異相反應(yīng)模型組有氣相層流有限速率模型、氣相渦耗散模型和氣相 King異相有限速率模型和異相 King 模型，可以通過(guò)氣相反應(yīng)成的燃燒模型研究 Mg 粉/CO2動(dòng)態(tài)點(diǎn)火燃燒性質(zhì)。

圖 2-1 彈性球體模型圓心 O 處方向向外的矢量，定義 r x是距離圓心 O 長(zhǎng)度球體的內(nèi)部壓力aP P（ r a），外部壓力bP P（ r 球體，內(nèi)部是氧化膜空心球體與金屬球體的接觸面，外表面，即ma r，odb r；對(duì)于 Mg 金屬球體，，內(nèi)部是氧化膜空心球體與金屬球體的接觸面，即 a 0，mb r屈服準(zhǔn)則，彈性球體的應(yīng)力張量σr、σφ和σχ及徑向位移 u )rab(P-P)(Pa-Pbb-a1σ3ba333b3a33r （)2rab(P-P)(Pa-Pb-b-a1σσ3ba333b3a33 （ab(P-P))2r1μ((1-2μ)(Pa-Pb)-E(b-a)r-ba3333b3a33 （，μ是泊松比。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V430

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本文編號(hào)：2603375