硼顆粒著火燃燒過程及其促進方法研究.pdf

1、硼具有較高的質(zhì)量熱值和容積熱值，被認為是固體火箭沖壓發(fā)動機高能推進劑的最佳燃料。含硼富燃料推進劑含有較多的硼顆粒，在燃氣發(fā)生器中由于缺氧和低溫而不可能充分著火燃燒，含有大量硼顆粒的富燃燃氣是在補燃室中與空氣摻混完成著火燃燒的。硼顆粒在補燃室內(nèi)的駐留時間只有幾毫秒，在這有限的時間內(nèi)必須很好地組織二次燃燒才能實現(xiàn)硼顆粒的快速著火和高效燃燒。因此，研究硼顆粒的點火燃燒過程，揭示其內(nèi)在機理和控制方式，探索硼顆粒點火燃燒過程促進方法，將為含硼富燃

2、料推進劑固沖發(fā)動機的高效能量轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文在分析國內(nèi)外的硼顆粒著火燃燒過程模型研究的基礎(chǔ)上，開展了硼顆粒著火燃燒過程的理論研究。在考慮硼顆粒周圍氣相流動、氣相擴散以及硼顆粒與周圍環(huán)境間的傳熱過程的基礎(chǔ)上，建立了更加相對完善的一維的硼顆粒著火模型，對硼顆粒著火過程 Stefan流的變化規(guī)律及其成因展開了詳細分析；同時考慮氣相擴散和表面氣固/液兩相化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)因素作用，建立了一維的硼顆粒燃

3、燒模型，研究了環(huán)境壓力、環(huán)境溫度和環(huán)境中氧氣濃度對硼顆粒著火燃燒過程的影響?？紤]到固沖發(fā)動機補燃室內(nèi)部可能發(fā)生的硼顆粒碰撞過程，分析了硼顆粒在碰撞過程的微觀受力情況，對碰撞力和粘性力進行了定量的分析計算。計算結(jié)果表明，相同粒徑的硼顆粒在補燃室環(huán)境下的碰撞過程容易聚團，且顆粒越小越明顯。因此，進一步建立了一維硼顆粒聚團著火模型，詳細分析了環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境中氧氣質(zhì)量分數(shù)以及聚團大小對硼顆粒聚團著火過程的影響。在分析國內(nèi)外對硼顆粒著火

4、燃燒過程試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了硼顆粒著火燃燒試驗方法，初步驗證了試驗方法的可行性?；陔療艏訜嵩囼炁_和差示掃描量熱儀得到了硼顆粒著火過程的溫度、質(zhì)量等參數(shù)變化規(guī)律。熱重分析表明，硼顆粒聚團的著火溫度較單顆粒低且隨聚團直徑的增大而降低，進而初步驗證了本文硼顆粒聚團著火模型的正確性。開展了硼顆粒的著火燃燒促進方法的試驗研究。利用氙燈加熱系統(tǒng)和熱重測試對硼鎂混合物的著火特性進行了試驗研究，結(jié)果表明鎂的添加會使硼的著火延遲時間變短，對硼的著火