【摘要】：鋁顆粒是含鋁固體推進(jìn)劑的重要含能成分,研究鋁顆粒的反應(yīng)特性對推進(jìn)劑的研究和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。本文選取3種不同特性的微米級鋁粉,首先對鋁粉的理化特性進(jìn)行測試分析,包括粒度分布、微觀形態(tài)、元素組成及含量、比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、元素賦存形態(tài)及氧化層厚度等基本特性。然后利用熱分析技術(shù)、激光點火燃燒測試系統(tǒng)以及動態(tài)燃燒測試系統(tǒng),對鋁顆粒的熱氧化特性、點火燃燒特性以及動態(tài)燃燒團(tuán)聚過程進(jìn)行了實驗研究。試驗發(fā)現(xiàn)在10K/min的加熱速率下,3種樣品的熱氧化反應(yīng)均符合邊界控制模型函數(shù)R3:G(α)=1-(1-α)1/3,溫度適用范圍550～1110℃。鋁粉的熱氧化過程分為三個階段:初始氧化階段,溫度低于550℃;加速氧化階段,550～670℃;劇烈氧化階段,670～1110℃。在不同氧化階段中,顆粒表面的氧化鋁殼層經(jīng)歷了生長增厚、拉伸破裂等過程,并伴隨著A1203由無定形→y-→θ→α-A1203的晶型轉(zhuǎn)變。粒徑越小的鋁粉,越容易被氧化,其氧化程度也越深,同時氧化反應(yīng)的表觀活化能越低,反應(yīng)越容易進(jìn)行。顆粒自身特性、反應(yīng)氣氛種類及含量和環(huán)境壓力3個因素對鋁顆粒的點火燃燒特性具有重要的影響,增大鋁顆粒比表面積、減小初始氧化層厚度,提高環(huán)境氣氛的氧化性以及壓力等,可以縮短點火延遲時間,獲得更高的燃燒溫度、燃燒強(qiáng)度,顯著提高最終的燃燒效率。鋁顆粒燃燒過程要經(jīng)歷相變、團(tuán)聚、點火、燃燒及燃燒產(chǎn)物的凝聚等過程;鋁顆粒在燃燒過程中會發(fā)生氣相燃燒,形成煙霧(由小于1μm的氧化鋁顆粒組成),A1203煙霧是導(dǎo)致鋁燃燒團(tuán)聚的因素之一。研究表明熔散反應(yīng)和擴(kuò)散反應(yīng)兩種反應(yīng)機(jī)制,在微米級鋁顆粒靜態(tài)熱氧化和動態(tài)燃燒兩種實驗條件下同時存在。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK16
【圖文】：

粒都是作為單一顆粒燃燒的，也有相當(dāng)量的Ａ１作為顆粒群而燃燒，包括燃面附近以及更逡逑遠(yuǎn)處。這是由內(nèi)層開始并在兩相流對流表面直到遠(yuǎn)離表面反應(yīng)終止處持續(xù)發(fā)生的內(nèi)聚－滲逡逑出－凝并－團(tuán)聚之間復(fù)雜的機(jī)理導(dǎo)致的，如圖１．１所示。這一系列的過程很少在表面完成。逡逑在任意速率下，均相燃燒（產(chǎn)生理想的反應(yīng)產(chǎn)物）和非均相燃燒（產(chǎn)生粗糙的反應(yīng)產(chǎn)物）逡逑的同步進(jìn)行最終會形成一個雙峰的產(chǎn)物分布（ｂｉｍｏｄａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，是聚合物的一種分子量逡逑分布形式）。人們對于氣相的均相燃燒已經(jīng)理解的相當(dāng)完善，而對于非均相燃燒部分知之逡逑甚少。由于微米／納米級別的Ａ１顆粒粒徑非常小，燃燒溫度高、時間短，且試驗條件不同逡逑鋁粉的燃燒特性也不同，所以鋁粉燃燒的過程一直未得到徹底的認(rèn)識。目前，國內(nèi)的研究逡逑仍停留在鋁粉穩(wěn)態(tài)燃燒方面，且多側(cè)重于含鉬推進(jìn)劑的工程應(yīng)用研究，缺乏對鋁粉動態(tài)燃逡逑燒過程的研究以及燃燒基本參數(shù)的獲取，針對鋁粉燃燒過程中凝相液滴間的碰撞、團(tuán)聚過逡逑程和鋁粉的動態(tài)燃燒特性及機(jī)理方面的研究非常少

Ａ１和氧分隔開，由于電子的遷移，Ａｌ３＋陽離子和０２＿陰離子在氧化膜的內(nèi)外表面上聚集，逡逑致使氧化膜內(nèi)形成一個均勻的電場；在電場的驅(qū)動下，Ａｌ３＋陽離子穿過氧化膜與外界氧反逡逑應(yīng)生成新的Ａｌ２0３，使得氧化膜得以生長變厚，如圖１．２所示。氧化層中電場的強(qiáng)弱與氧逡逑化速率的大小關(guān)系密切［１（）］，即氧化反應(yīng)速率是由Ａｌ３＋陽離子和電子遷移的速度決定的。逡逑李鑫等［ｕ］根據(jù)Ｃａｂｅｒｒａ－Ｍｏｔｔ氧化理論對納米Ａ１的室溫氧化進(jìn)行了相關(guān)計算，結(jié)果表逡逑明在室溫下，初始氧化膜厚度為ｌｎｍ時，ＡＩ顆粒表面氧化膜的生長非�？欤L速率為逡逑１０５ｍ／ｓ；隨著氧化膜的生長，當(dāng)氧化層厚度大于３ｎｍ時，其生長速率低于ｌ｛ｒｌ６ｍ／Ｓ，低于逡逑Ｃａｂｅｒｒａ－Ｍｏｔｔ給出的生長停止速率，此時氧化層將停止生長。曾亮［｜２］在研究中也指出在室逡逑溫下，粒徑小于７０ｎｍ的Ａ１顆粒表面的氧化層厚度存在一個極限值３．０２ｎｍ；當(dāng)粒徑超過逡逑７０ｎｍ，鋁粉中的雜質(zhì)，如Ｆｅ、Ｃｕ等的含量較高，致使Ａ１的氧化繼續(xù)深入到顆粒內(nèi)部，逡逑氧化層厚度隨粒徑增大而增大。此外

氧化層組分也有所不同，同時Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃａ和Ｓｒ?qū)ρ趸瘜臃值牟煌瑢?dǎo)致其理化性質(zhì)有所差異，從而在很大程度上影響了點Ｍ通過實驗發(fā)現(xiàn)，在一些情況下，鋁粉的點火溫度要遠(yuǎn)低于氧化層的１３００Ｋ。分析發(fā)現(xiàn)，這主要是由于Ａ１熱膨脹的系數(shù)高于氧化層的熱升高，由于熱應(yīng)力的作用，內(nèi)部Ａ】熔化膨脹，使得氧化層受到一個向在這一應(yīng)力的作用下破碎時，顆粒被點燃。而Ｒｏｚｅｎｂａｎｄ［３６］發(fā)現(xiàn)氧化度降至近９００Ｋ。直到２０世紀(jì)，丁0１１１（＾等［２５］研究發(fā)現(xiàn)微米鋁粉的氧化如圖１．３所示：階段Ｉ中，由于溫度較低反應(yīng)進(jìn)行的非常緩慢，Ａ１化鉬層緩慢生長；當(dāng)氧化鋁層的厚度達(dá)到臨界厚度或溫度升高到一定定形氧化鋁向Ｙ－Ａｌ２0３轉(zhuǎn)變，新形成的丫－Ａ丨２０３層不能在Ａ１顆粒表面外殼，裸露的Ａ】與氧氣接觸，因此氧化速率迅速增大，反應(yīng)變的劇Ａ１顆粒起始反應(yīng)n炔鉅轂冉洗蟮腦潁純帕５牧６確植�、衍O跋熳拍諭飫胱擁那ㄒ乒�，进而影响着Ａ１颗粒的点圾嶟倡Hｅ義希牽潁錚鰨簦楨澹錚駑危粒恚錚潁穡瑁錚酰蟆粒戾澹襄澹牽潁錚鰨簦楨澹錚駑澹懼澹粒戾澹襄危牽潁錚鰨簦楨澹錚駑義

本文編號：2750912