發(fā)布時間：2018-03-16 05:11

  本文選題：鋁/水反應(yīng)金屬燃料　切入點：鎂　出處：《安徽工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了解決鋁/水(Al/H2O)反應(yīng)金屬燃料存在點火和燃燒困難等問題,同時提高Al粉的反應(yīng)程度,本論文選擇鎂(Mg)、氟化鈉(NaF)和硼氫化鈉(NaBH_4)作為三種不同添加劑,分別將其應(yīng)用于納米和微米級Al粉中,系統(tǒng)研究了三種添加劑對Al粉在高溫水蒸氣中著火溫度、最高燃燒溫度、著火延遲時間、燃燒火焰以及產(chǎn)氫體積濃度等點火燃燒特征參數(shù)的影響。同時采用X-射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡-質(zhì)譜聯(lián)用(SEM-EDS)和熱重分析(TGA)等技術(shù)對不同燃燒產(chǎn)物的組分、形貌以及Al粉燃燒效率進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,揭示了三種添加劑對Al/水蒸氣反應(yīng)的作用機理。本論文的主要研究成果如下:(1)Al/水蒸氣反應(yīng)過程分為三個階段:緩慢升溫階段、快速反應(yīng)階段和反應(yīng)終止階段。升高水蒸氣溫度增大了反應(yīng)體系中的熱流密度,從而有助于降低Al粉的著火溫度和著火延遲時間。且隨著Al粉的粒徑由納米級增大到微米級,其著火溫度、最高燃燒溫度及著火延遲時間均明顯增大。通過產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn),在高溫水蒸氣中,納米Al粉在氧化層破裂后直接與水蒸氣氧化燃燒并發(fā)生熔合,而微米Al粉在氧化層破裂后在表面沉積形成“氧化帽”,繼續(xù)吸熱氣化在氣相區(qū)實現(xiàn)燃燒。(2)在納米Al粉中添加Mg,由于Mg和納米Al粉可能在升溫過程中同步燃燒,因此不能明顯降低納米Al粉在水蒸氣中著火溫度和著火延遲時間。隨著Mg添加量增大,納米Al粉的最高燃燒溫度和燃燒火焰亮度明顯提高,而燃燒效率逐漸降低。這說明添加Mg有助于提高Al/水蒸氣反應(yīng)放熱量,但由于生成的MgAl2O4團(tuán)聚體包裹在產(chǎn)物表面,阻礙了納米Al粉的充分燃燒。(3)微米Al-Mg中,由于Mg粉先于微米Al粉著火,在水蒸氣中的燃燒溫度-時間曲線呈現(xiàn)“雙峰”特征。隨著Mg添加量增大,微米Al粉的著火溫度和最高燃燒溫度均呈增大趨勢,同時Mg和微米Al粉在燃燒過程中相互促進(jìn)的作用使兩者各自的著火延遲時間均顯著降低。但添加Mg降低了微米Al粉在水蒸氣中的燃燒效率。(4)水蒸氣溫度越高,添加NaF越有利于降低納米Al粉在水蒸氣中的著火溫度和著火延遲時間。隨著NaF添加量的增大,納米Al粉的燃燒效率呈上升趨勢。此外,與未添加NaF的納米Al粉相比,納米Al-NaF樣品的燃燒產(chǎn)物變得疏松多孔。這說明升高水蒸氣溫度促進(jìn)了NaF的水解和電離,釋放的OH-離子作用于氧化膜達(dá)到破殼的效果,同時熔化釋放的F-離子穿透致密的燃燒產(chǎn)物,使產(chǎn)物表面變得開裂松動,從而促進(jìn)了納米Al粉燃燒。(5)當(dāng)NaF添加量控制在7%范圍內(nèi),微米Al粉在水蒸氣中的著火溫度、最高燃燒溫度以及著火延遲時間隨著NaF添加量增大而明顯降低。但NaF的水解和電離過程需要吸收微米Al/水蒸氣反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量,從而使微米Al-NaF樣品的燃燒火焰亮度降低,燃燒區(qū)域減小,燃燒時間縮短。與納米Al-NaF樣品相同,隨著NaF添加量的增大,微米Al粉的燃燒效率亦明顯提高。(6)納米Al-NaBH_4樣品在水蒸氣中著火溫度、最高燃燒溫度以及著火延遲時間隨著NaBH_4添加量增大而減小。同時,添加NaBH_4有利于縮短納米Al/水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)氫的起始時間。這說明NaBH_4在水蒸氣中的反應(yīng)活性明顯優(yōu)于納米Al粉,其水解產(chǎn)物NaOH大大改善了納米Al粉的點火燃燒性能。在450℃和650℃水蒸氣中產(chǎn)氫測試發(fā)現(xiàn),納米Al粉的產(chǎn)氫體積濃度隨著NaBH_4添加量增大而顯著增大。(7)增大NaBH_4添加量、升高水蒸氣溫度均有助于降低微米Al-NaBH_4樣品在水蒸氣中著火溫度和著火延遲時間,同時添加NaBH_4提高了微米Al粉的燃燒劇烈程度,縮短了燃燒時間。隨著水蒸氣溫度升高,燃燒產(chǎn)物中顆粒破裂形成中空殼層結(jié)構(gòu)。此外,添加NaBH_4大幅度降低了μAl粉在水蒸氣中的燃燒效率,這是由于NaBH_4水解產(chǎn)生的OH-離子作用于氧化層生產(chǎn)非常穩(wěn)定的偏鋁酸鹽阻礙了水蒸氣分子繼續(xù)滲入,致使燃燒中斷。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ038.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張箭;徐德祝;王曉東;張濤;;國外綠色鋁/冰推進(jìn)劑研究進(jìn)展[J];化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料;2016年06期

2 周東輝;黃雪峰;李盛姬;徐江榮;;微燃燒室內(nèi)納米鋁粉的激光點火及燃燒特性[J];固體火箭技術(shù);2016年05期

3 王革;何登軍;劉平安;;鋁冰固體推進(jìn)劑燃速特性研究[J];固體火箭技術(shù);2016年03期

4 李浩;朱寶忠;孫運蘭;;鎂粉對鋁/冰燃料燃燒特性的影響[J];推進(jìn)技術(shù);2015年12期

5 劉昊;孫立賢;徐芬;李志寶;曹忠;;高活性Al-LiBH_4-Bi鋁基復(fù)合制氫材料[J];電源技術(shù);2015年11期

6 王爽;孫立賢;;基于鋁水反應(yīng)的新型制氫復(fù)合材料研究[J];電源技術(shù);2015年05期

7 張?zhí)煊?楊衛(wèi)娟;周俊虎;陳超;劉建忠;岑可法;;水蒸氣氣氛下鋁鋰合金反應(yīng)特性及動力學(xué)分析[J];固體火箭技術(shù);2015年01期

8 李鑫;趙鳳起;郝海霞;羅陽;徐司雨;姚二崗;李娜;;不同類型微/納米鋁粉點火燃燒特性研究[J];兵工學(xué)報;2014年05期

9 張亞俊;王yN;李吉禎;劉芳莉;齊曉飛;;高速魚雷水沖壓發(fā)動機用金屬/水反應(yīng)燃料研究進(jìn)展[J];四川兵工學(xué)報;2013年05期

10 嚴(yán)啟龍;張曉宏;李宏巖;宋振偉;劉萌;;固體推進(jìn)劑中鋁粉氧化過程及其燃燒效率影響因素[J];化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料;2011年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 黃海濤;高能鎂基水反應(yīng)金屬燃料推進(jìn)劑研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 李是良;水沖壓發(fā)動機用鎂基水反應(yīng)金屬燃料一次燃燒性能研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

3 王天放;新型高能燃料疊氮縮水甘油聚醚/硼和鋁/水基燃料的燃燒特性研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 戴寧;水反應(yīng)性鋁基、鎂基復(fù)合粉的制備及其特性研究[D];南京理工大學(xué);2008年

2 張?zhí)锩?自蔓延鎂熱還原法制備高純度二硼化鋯微粉[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

，

本文編號：1618461