新聞動(dòng)態(tài)
聯(lián)系我們
聯(lián)系人：任生（客服部）
電話(huà)：18511822397 （謝絕推銷(xiāo)）
座機(jī)：0769-85386618
傳真：0769-85354923
地址：東莞市長(zhǎng)安鎮(zhèn)霄邊第三工業(yè)區(qū)
電話(huà)：18511822397 （謝絕推銷(xiāo)）
座機(jī)：0769-85386618
傳真：0769-85354923
地址：東莞市長(zhǎng)安鎮(zhèn)霄邊第三工業(yè)區(qū)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
您當(dāng)前的位置是：五金沖壓件 >> 行業(yè)動(dòng)態(tài)粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火燃燒特性研究
發(fā)布時(shí)間：2019-05-25 10:18:54
粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)直接以微小固體顆粒作為燃料，粉末燃料在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃燒過(guò)程屬于典型的粉塵燃燒過(guò)程。 因此，研究顆粒燃燒是理解粉塵燃燒的基礎(chǔ)。 國(guó)內(nèi)外關(guān)于金屬鎂、鋁及硼的點(diǎn)火燃燒過(guò)程已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，本文在此進(jìn)行簡(jiǎn)單梳理。鎂的燃燒特性研究工作起始于 ２０ 世紀(jì) ５０ 年代末，此時(shí)的研究工作集中于鎂顆粒點(diǎn)火過(guò)程和燃燒過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究。
９０ 年代以來(lái)，隨著基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)技術(shù)水平的不斷提高，鎂顆粒點(diǎn)火燃燒的試驗(yàn)、理論及計(jì)算模型等方面的研究均得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 在試驗(yàn)研究方面：開(kāi)展了高壓環(huán)境、微重力環(huán)境、不同氧化劑氣氛等條件下顆粒點(diǎn)火燃燒特性的研究。 理論研究方面，則主要是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立相應(yīng)的理論模型，通過(guò)計(jì)算分析進(jìn)一步了解整個(gè)過(guò)程的瞬態(tài)特征并解釋試驗(yàn)現(xiàn)象。 此外，還開(kāi)展了粉塵云點(diǎn)火燃燒特性研究。 鎂的點(diǎn)火與燃燒過(guò)程的研究工作主要集中于氧氣與二氧化碳的介質(zhì)中，普遍認(rèn)為，在這 ２ 種介質(zhì)中，鎂的燃燒過(guò)程主要受氣相擴(kuò)散過(guò)程控制。 鎂沸點(diǎn)和熔點(diǎn)都較低，易于氣化和燃燒，點(diǎn)火性能好。
２００４ 年 Ｇｏｌｄｓｈｌｅｇｅｒ等研究了單個(gè)鎂顆粒在氧氣／ 氬氣混合氣中的氧化和燃燒特性。 楊晉朝則著眼于鎂基粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠點(diǎn)火和燃燒，開(kāi)展了大量理論研究，針對(duì)鎂顆粒群的著火機(jī)理、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)燃料顆粒的不均勻分布現(xiàn)象及局部顆粒濃度較高區(qū)域的著火燃燒，分別建立了點(diǎn)火燃燒模型。 此外，還基于粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的自持燃燒，開(kāi)展了一維鎂粉塵云層流燃燒的理論和試驗(yàn)研究。２０ 世紀(jì) ５０ 年代末，各國(guó)先后開(kāi)展了鋁顆粒點(diǎn)火燃燒機(jī)理研究。 研究表明，鋁在氧氣中燃燒很難啟動(dòng)，一個(gè)重要原因是鋁表面有一層致密的氧化膜阻止其與氧氣反應(yīng)。 Ｂｒｏｏｋｓ 和 Ｂｅｃｋｓｔｅａｄ 等在總結(jié)以往研究成果的基礎(chǔ)上，給出了鋁點(diǎn)火的相關(guān)結(jié)論，他們指出，鋁的點(diǎn)火可能遵循以下 ２ 種潛在方式：
（１）保護(hù)性氧化物外殼破裂，使得鋁顆粒能夠暴露在氧化劑環(huán)境當(dāng)中；
（２）氧化劑穿過(guò)保護(hù)性氧化物外殼向里擴(kuò)散，引起顆粒的自身加熱。
但這 ２ 種方式的主導(dǎo)性仍存在爭(zhēng)議。 研究表明，保護(hù)性氧化物外殼破裂是鋁點(diǎn)火的主導(dǎo)機(jī)制。 一般而言，鋁顆粒粒徑在 １０～６０ μｍ 之間時(shí)，其點(diǎn)火溫度一般在 １ ７００～２ ２００ Ｋ 之間。 １９６８ 年，Ｂｅ?ｌｙａｅｖ 等研究得到了單個(gè)鋁顆粒的燃燒時(shí)間為 τ＝０．６７Ｄ １．５ ／ ａ Ｋ ０．９ ，并被廣泛接受和大量引用。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始探究納米鋁顆粒的燃燒特性，Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ 等利用絲線(xiàn)反應(yīng)器研究了不同氧化層厚度時(shí)納米鋁與納米氧化銅的著火延遲時(shí)間。 結(jié)果表明，氧化層越厚，相同升溫條件下的著火延遲越長(zhǎng)，且著火延遲時(shí)間和溫度、升溫速率都有關(guān)。 Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ 等利用分子動(dòng)力學(xué)模擬分析了顆粒團(tuán)燒結(jié)的可能性，并結(jié)合燒結(jié)理論解釋了納米顆粒燃燒時(shí)間與粒徑的弱相關(guān)性。 Ｅｒｍｏｌｉｎｅ 等發(fā)現(xiàn)考慮顆粒尺寸效應(yīng)時(shí)，顆粒溫度和燃燒時(shí)間都將改變；而 Ａｌｌｅｎ 等分析了換熱模型中熱容納系數(shù)對(duì)燃燒時(shí)間和燃燒溫度的影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)于納米鋁顆粒燃燒過(guò)程熱容納系數(shù)取值可小至 ０．００５。 孔成棟利用平焰燃燒器，研究了納米鋁顆粒的燃燒機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。以粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和粉末火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為背景，鄧哲開(kāi)展了粉末推進(jìn)劑層流火焰?zhèn)鞑ヌ匦匝芯?，為粉末推進(jìn)劑的燃燒理論提供了理論基礎(chǔ)。
相比于鎂、鋁，硼作為燃料時(shí)具有兩相流損失少、質(zhì)量熱值和體積熱值高等優(yōu)點(diǎn)。 但由于硼點(diǎn)火困難及燃燒效率低，因此其在發(fā)動(dòng)機(jī)中不能完全燃燒，能量特性得不到充分發(fā)揮。 為尋求改善硼點(diǎn)火和燃燒性能的方法，從 ２０ 世紀(jì) ５０ 年代初開(kāi)始對(duì)硼粒子的點(diǎn)火燃燒作了大量的試驗(yàn)研究，并總結(jié)了硼顆粒的點(diǎn)火、燃燒模型。
總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外研究者偏重于硼顆粒點(diǎn)火燃燒的機(jī)理研究，ＴａＫｕｏ Ｋｕｗａｈａｒａ 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了 Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ 等金屬添加物對(duì)硼顆粒點(diǎn)火和燃燒的影響。 Ｙｕｊｉ Ｋａｚａｏｋａ 等利用電加熱設(shè)備，并結(jié)合光譜儀和紋影拍攝得到了硼顆粒著火和燃燒過(guò)程中可見(jiàn)光火焰面和紅外區(qū)的凝相 Ｂ ２ Ｏ ３ 火焰鋒的變化規(guī)律。國(guó)內(nèi)早期關(guān)于硼顆粒的研究側(cè)重于硼在推進(jìn)劑里的應(yīng)用。 近年來(lái)， 關(guān)于硼顆粒點(diǎn)火機(jī)理和模型的研究也逐漸興起。 研究表明，減小粒徑可明顯促進(jìn)硼顆粒燃燒，但當(dāng)硼顆粒粒徑較?。ㄐ∮?１ μｍ）時(shí)，此時(shí)進(jìn)一步減小粒徑對(duì)于燃燒時(shí)間的影響不大。 此外，在硼顆粒中添加一定量的其他物質(zhì)，如鋰、鎂等金屬，可有效地促進(jìn)硼的點(diǎn)火和燃燒，表面包覆也是改善硼點(diǎn)火燃燒性能比較好的一種方法。通過(guò)以上概述分析可看出，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于粉末燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究仍處于起步研究階段。 試驗(yàn)證明了發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性，但在諸多技術(shù)環(huán)節(jié)還需要深入研究
