【摘要】：金屬燃料與其他種類的復(fù)合推進劑相比有更高的熱值,更大的密度,且燃燒產(chǎn)物顆粒對發(fā)動機的不穩(wěn)定燃燒有抑制作用,其熱值隨著燃料中金屬含量的增加而顯著提高。開展高金屬含量金屬燃料在空氣及水蒸氣環(huán)境中的燃燒過程研究、探索金屬燃料在不同使用環(huán)境下的配方優(yōu)化方案,對提高金屬燃料燃燒效率、實現(xiàn)金屬燃料發(fā)動機持續(xù)穩(wěn)定燃燒具有重要理論價值和實際意義。本文采用理論分析、實驗驗證和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,依據(jù)金屬燃料燃燒時相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程,對高金屬含量金屬燃料的燃燒過程進行了研究。采用熱成像儀觀測空氣環(huán)境中金屬燃料藥柱的燃燒結(jié)果,對比相應(yīng)配方藥柱的數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好,由此確定數(shù)值計算模型。采用熱力學(xué)計算軟件確定了計算初始參數(shù)。開展了不同配方金屬燃料在空氣環(huán)境中穩(wěn)態(tài)燃燒數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明,隨著金屬粒徑的增加,鋁基和鎂基燃料中金屬的反應(yīng)程度下降,其中鋁基燃料下降速度大于鎂基燃料。根據(jù)模擬結(jié)果,考慮經(jīng)濟性及燃燒效率,空氣環(huán)境中,鋁基燃料鋁粒徑選擇30μm以內(nèi),鎂基燃料粒徑50μm以內(nèi)。隨著金屬含量的增加,金屬反應(yīng)程度下降,常壓下,空氣作為金屬燃料的氧化劑時,鋁基燃料金屬含量不應(yīng)超過70%,鎂基燃料金屬含量不應(yīng)超過75%,金屬含量超過該值時需要增大空氣中氧化劑濃度。同一金屬燃料中加入鎂、鋁兩種金屬時,鋁與鎂含量的比為3:7可達(dá)到較好的燃燒效果。開展了不同配方金屬燃料在水蒸氣環(huán)境中穩(wěn)態(tài)燃燒數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明,水蒸氣環(huán)境中粒徑相同時,鎂顆粒反應(yīng)程度比鋁顆粒大的多。隨著粒徑的增大,顆粒相反應(yīng)程度都呈現(xiàn)下降的趨勢,鋁基金屬燃料選擇粒徑不大于30μm,鎂基燃料選擇粒徑不大于50μm。金屬含量改變時,在金屬含量達(dá)到80%以前,金屬顆粒的反應(yīng)程度隨金屬含量增加變化的不明顯,當(dāng)金屬含量超過80%時,鋁基和鎂基燃料中顆粒相反應(yīng)程度都下降,且鋁基燃料顆粒相反應(yīng)程度下降更快。同一金屬燃料中加入鎂、鋁兩種金屬時,改變金屬配比,對金屬顆粒的反應(yīng)程度影響有限,考慮鋁熱值較大,水蒸氣環(huán)境中使用鋁、鎂混合燃料時可提高鋁的比例。
【圖文】：

得到鋁顆粒燃燒時間與顆粒直徑、H220.90.67bkDτα=的燃燒時間，s；的直徑， μ m； H2O 濃度的相對值。同配方，kα 介于 0.3~0.7 之間。之后的試驗研究表一定差距，Pokhil[8]、Law[9]、King[10]、Kuo[11]、Broo1.2 ~ 2.0 之間。建立了具有完整意義的鋁顆粒擴散蒸氣相燃燒模型與鋁蒸氣進行氧化反應(yīng)形成火焰燃燒區(qū)，，氧化產(chǎn)物

下化學(xué)平衡產(chǎn)物成分等。采用最小吉布斯自由能法，根據(jù)計算問題的不同調(diào)用不同的模塊，其結(jié)構(gòu)如圖 2.1圖2.1 熱力學(xué)計算結(jié)構(gòu)圖一般輸入模塊包括四個子程序和一個入口；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊分別預(yù)處理熱力學(xué)數(shù)據(jù)和熱傳輸屬性數(shù)據(jù)；應(yīng)用程序模塊分四個問題類型調(diào)用不同的六個子程序；額外輸入處理模塊以實現(xiàn)：調(diào)整分配燃料-氧化劑不同比值的初始變量，獲得當(dāng)前狀態(tài)組份組成和溫
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ517;TQ038

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本文編號：2711151