本文關(guān)鍵詞：硼顆粒點(diǎn)火燃燒促進(jìn)方法研究

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【摘要】：硼具有非常高的質(zhì)量熱值和體積熱值,很適合用作固體貧氧推進(jìn)劑的燃料。但在實(shí)際應(yīng)用中,由于硼自身的高熔點(diǎn)和高沸點(diǎn)以及它表面的氧化膜B203的高沸點(diǎn),導(dǎo)致硼的點(diǎn)火性能差,燃燒效率低,使它的高熱值不能充分發(fā)揮出來。所以深入研究硼顆粒的點(diǎn)火燃燒特性,進(jìn)而尋找到硼顆粒點(diǎn)火與燃燒的促進(jìn)方法對(duì)于含硼推進(jìn)劑的應(yīng)用有著重要的意義。本文在前期相關(guān)調(diào)研論證工作基礎(chǔ)上,應(yīng)用各種分析測(cè)試儀器對(duì)硼顆粒的理化特性進(jìn)行研究,得到詳細(xì)的理化特性分析結(jié)果。進(jìn)行了大量的硼樣品點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)研究,分析了硼粉純度、晶型、粒度、環(huán)境氣氛、壓力、升溫速率等因素對(duì)硼點(diǎn)火燃燒的影響。改進(jìn)了傳統(tǒng)的重結(jié)晶法,提出了雙溶劑法硼包覆工藝,通過正交實(shí)驗(yàn)研究雙溶劑法的最佳工藝參數(shù)。研究了多種包覆劑對(duì)硼點(diǎn)火燃燒的促進(jìn)效果,尋找到多種可以顯著促進(jìn)硼點(diǎn)火燃燒的新型添加劑,配合熱力學(xué)理論方法和掃描電鏡等手段探討了新型添加劑的作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,純度越低的硼粉,越容易點(diǎn)火和燃燒。在相同純度下,無定形硼比晶體硼更容易點(diǎn)火和燃燒。在一定的粒徑范圍內(nèi),隨著粒徑的增大,硼粉的著火溫度逐漸升高,但升高的幅度不大。并且隨著粒徑的增大,硼粉的反應(yīng)效率略有增加。熱分析結(jié)果表明,隨著升溫速率的增大,硼粉的熱重曲線呈現(xiàn)一個(gè)整體滯后的效應(yīng),著火溫度逐漸增大,最大增重量有所減小。1000℃以下時(shí)硼粉的熱氧化過程可分為前后兩個(gè)階段,第一階段最佳機(jī)理函數(shù)為G(α)=-1n(1-α),第二階段最佳機(jī)理函數(shù)為G(α)=(1-α)-2。提高環(huán)境中的氧氣濃度有利于硼的著火。隨著環(huán)境壓力的增大,硼粉的著火溫度有所降低,但降低的幅度不大,同時(shí)最大增重速率和反應(yīng)效率逐漸減小。分析了重結(jié)晶法的不足,提出了雙溶劑法硼包覆工藝。應(yīng)用pH法檢驗(yàn)硼粉的包覆效果,發(fā)現(xiàn)雙溶劑法的包覆效果要優(yōu)于重結(jié)晶法,可以提高硼顆粒的包覆均勻性和完整性。在實(shí)驗(yàn)條件下,雙溶劑法的最優(yōu)工藝參數(shù)水平為：超聲波混合時(shí)間10min,蒸發(fā)溫度350℃,攪拌速度200r·min-1。經(jīng)過AP、LiF和TMP包覆后的硼樣品具有比單純硼粉大得多的比表面積和孔容積。LiF和TMP可以降低硼粉的著火溫度,同時(shí)增大樣品的放熱量。AP可以減小硼的點(diǎn)火延遲時(shí)間,并且可以加強(qiáng)硼的燃燒。研究了多種添加劑對(duì)硼顆粒點(diǎn)火燃燒的影響,發(fā)現(xiàn)添加了鎂粉的硼樣品比單純的硼粉燃燒強(qiáng)度要大,可以提高樣品中硼的燃燒效翠同時(shí)降低樣品的著火溫度。在實(shí)驗(yàn)中用到的七種金屬氧化物添加劑中,Bi2O3的效果最好,表現(xiàn)出優(yōu)異的促進(jìn)硼點(diǎn)火的功能,可使硼的著火溫度降低15.2%,點(diǎn)火延遲時(shí)間降低46.2%。在硼粉中加入一定量的草酸可以顯著促進(jìn)硼的點(diǎn)火燃燒性能,可使點(diǎn)火延遲時(shí)間降低42.4%,燃燒強(qiáng)度增大16.7%,燃燒效率提高21.5個(gè)百分點(diǎn)。LiH對(duì)于硼顆粒的點(diǎn)火和燃燒也具有明顯的促進(jìn)作用,加入LiH后,硼樣品的整體熱反應(yīng)過程提前了很多,第一次劇烈反應(yīng)期開始溫度提前了約140℃,后反應(yīng)期開始溫度提前了約260℃。并且可使硼的點(diǎn)火延遲時(shí)間減少34.1%,燃燒強(qiáng)度增加117.6%,燃燒效率提高24.3個(gè)百分點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：硼 點(diǎn)火 燃燒 包覆 添加劑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V512
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第1章 緒論15-39
• 1.1 課題背景及意義15-18
• 1.2 硼顆粒點(diǎn)火燃燒研究進(jìn)展18-24
• 1.2.1 點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)研究18-21
• 1.2.2 點(diǎn)火燃燒理論研究21-24
• 1.3 硼顆粒點(diǎn)火燃燒促進(jìn)方法研究進(jìn)展24-37
• 1.3.1 合適的晶型和粒度24-26
• 1.3.2 燃燒環(huán)境的優(yōu)化26-28
• 1.3.3 包覆和添加劑改性28-37
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容37-39
• 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置及硼樣品理化特性分析39-61
• 2.1 引言39
• 2.2 點(diǎn)火燃燒實(shí)驗(yàn)裝置39-46
• 2.2.1 熱重分析試驗(yàn)臺(tái)39-42
• 2.2.2 激光點(diǎn)火試驗(yàn)臺(tái)42-46
• 2.3 測(cè)量分析儀器46-50
• 2.3.1 馬爾文激光粒度儀46-47
• 2.3.2 掃描電鏡47-48
• 2.3.3 氮吸附儀48
• 2.3.4 透射電鏡48-49
• 2.3.5 電感耦合等離子體發(fā)射光譜49-50
• 2.4 包覆實(shí)驗(yàn)儀器50-52
• 2.4.1 超聲波清洗器50-51
• 2.4.2 磁力攪拌器51-52
• 2.5 硼樣品的理化特性52-59
• 2.5.1 樣品的成分52-53
• 2.5.2 硼粉的粒度與比表面積53-54
• 2.5.3 硼樣品的微觀形貌54-57
• 2.5.4 樣品的透射電鏡分析57-59
• 2.6 本章小結(jié)59-61
• 第3章 理化特性對(duì)硼點(diǎn)火燃燒的影響61-73
• 3.1 引言61
• 3.2 研究方法61-64
• 3.2.1 技術(shù)路線61-62
• 3.2.2 TG-DTG切線法62
• 3.2.3 激光點(diǎn)火光譜法62-64
• 3.3 純度和晶型的影響64-70
• 3.3.1 熱分析實(shí)驗(yàn)64-69
• 3.3.2 激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)69-70
• 3.4 粒度的影響70-71
• 3.5 本章小結(jié)71-73
• 第4章 不同環(huán)境下硼的點(diǎn)火與燃燒73-94
• 4.1 引言73
• 4.2 升溫速率的影響73-79
• 4.2.1 不同升溫速率下硼粉的熱反應(yīng)73-74
• 4.2.2 硼粉熱反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)74-79
• 4.3 氣氛的影響79-81
• 4.4 壓力的影響81-83
• 4.5 硼在氧化性氣氛下燃燒的熱力學(xué)理論研究83-92
• 4.5.1 計(jì)算方法83-85
• 4.5.2 B/O體系85-88
• 4.5.3 B/C/H/O體系88-92
• 4.6 本章小結(jié)92-94
• 第5章 包覆改性促進(jìn)硼的點(diǎn)火與燃燒94-116
• 5.1 引言94
• 5.2 常用的包覆材料及其包覆方法94-96
• 5.3 新型包覆工藝—雙溶劑法96-100
• 5.3.1 包覆效果的表征方法及其合理性驗(yàn)證96-98
• 5.3.2 雙溶劑法工藝特點(diǎn)98-100
• 5.4 雙溶劑法包覆工藝參數(shù)優(yōu)化100-105
• 5.4.1 正交試驗(yàn)100-102
• 5.4.2 參數(shù)優(yōu)化結(jié)果分析102-105
• 5.5 包覆劑對(duì)硼點(diǎn)火燃燒的促進(jìn)作用105-114
• 5.5.1 包覆對(duì)樣品理化特性影響106-108
• 5.5.2 樣品的TG/DTG/DSC熱分析108-112
• 5.5.3 樣品的激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究112-114
• 5.6 本章小結(jié)114-116
• 第6章 促進(jìn)硼點(diǎn)火與燃燒的新型添加劑116-153
• 6.1 引言116
• 6.2 鎂粉添加劑的促進(jìn)機(jī)理116-120
• 6.2.1 鎂-硼的燃燒過程特征116-117
• 6.2.2 鎂-硼的點(diǎn)火延遲時(shí)間117-118
• 6.2.3 鎂-硼的燃燒效率118-119
• 6.2.4 鎂-硼的著火溫度119-120
• 6.3 金屬氧化物添加劑的促進(jìn)機(jī)理120-134
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)原料與方法121-122
• 6.3.2 熱分析與熱力學(xué)計(jì)算122-133
• 6.3.3 金屬氧化物對(duì)硼點(diǎn)火延遲時(shí)間的影響133-134
• 6.4 草酸添加劑的促進(jìn)機(jī)理134-143
• 6.4.1 FactSage熱力學(xué)分析135-137
• 6.4.2 激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究137-141
• 6.4.3 草酸促進(jìn)硼點(diǎn)火燃燒的機(jī)理驗(yàn)證141-142
• 6.4.4 H_2C_2O_4/Bi_2O_3復(fù)合添加劑的作用142-143
• 6.5 金屬氫化物的促進(jìn)機(jī)理143-150
• 6.5.1 高溫燃燒過程特征144-148
• 6.5.2 激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究148-150
• 6.6 本章小結(jié)150-153
• 第7章 全文總結(jié)及展望153-159
• 7.1 本文主要結(jié)論153-157
• 7.2 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)157-158
• 7.3 下一步工作展望158-159
• 參考文獻(xiàn)159-170
• 作者簡(jiǎn)歷170-172

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本文編號(hào)：891501