【摘 要】
:
传统液态碳氢燃料体积能量密度低(一般在35 MJ·L-1左右),点火延迟时间长,难于满足航空航天技术发展的要求。将纳米级颗粒物分散到液态碳氢燃料中能增加其能量密度,改善其点火与燃烧。铝(Al)粉具有较高的体积能量密度(81 MJ·L-1),在固体推进剂中应用广泛。因此,将纳米Al颗粒(Al NPs)分散到液体碳氢燃料中,形成Al/碳氢基纳米流体燃料可解决上述问题。然而,碳氢燃料类型不同,组分差别较
论文部分内容阅读
传统液态碳氢燃料体积能量密度低(一般在35 MJ·L-1左右),点火延迟时间长,难于满足航空航天技术发展的要求。将纳米级颗粒物分散到液态碳氢燃料中能增加其能量密度,改善其点火与燃烧。铝(Al)粉具有较高的体积能量密度(81 MJ·L-1),在固体推进剂中应用广泛。因此,将纳米Al颗粒(Al NPs)分散到液体碳氢燃料中,形成Al/碳氢基纳米流体燃料可解决上述问题。然而,碳氢燃料类型不同,组分差别较大,如从单一组分到多组分,从常用类型到新型燃料。在这些不同类型和组分的碳氢燃料中添加Al NPs,其点火燃烧性能的规律是否相同,Al NPs促进碳氢燃料燃烧的机理是否有差异。此外,纳米流体燃料的使用多是喷雾燃烧,多液滴的燃烧是否具有协同作用等尚不知晓。因此,迫切需要进一步深入研究,从而为多种类型不同组分的Al/碳氢基纳米流体燃料的尽早应用提供理论指导。针对上述问题,本论文制备了稳定性较好的Al/正庚烷(单组分燃料)、Al/煤油(多组分燃料)和Al/JP10(新型烯烃燃料)等纳米流体燃料并以它们为代表性的研究对象。采用液滴悬挂法并结合多种实验手段,首先研究了Al/正庚烷基纳米流体燃料双液滴蒸发和燃烧特性,并与单液滴在700℃和0.1 MPa下的蒸发和燃烧特性进行了比较。探究了双液滴距离对其蒸发行为、点火延迟时间、燃烧现象、微爆炸时间和正庚烷燃烧阶段持续时间的影响。其次,以纯煤油和5wt.%蓖麻油酸/煤油液滴作为对照,研究并分析了在常压(0.1 MPa)和高温(650、700、750和800℃)下,5 wt.%Al/煤油基纳米流体燃料液滴的点火和燃烧特性。深入讨论了Al NPs对煤油液滴燃烧机理的影响。再次,为了改善传统Al基纳米流体燃料燃烧性能,即在Al/煤油基纳米流体燃料中加入纳米氧化铜(n Cu O),研究了n Cu O对Al/煤油基纳米流体燃料液滴点火延迟、点火温度、液滴行为、燃烧速率和燃烧强度的影响。最后,针对Al/JP10纳米流体燃料固相燃烧不充分阻碍能量充分释放的问题,研究了过氧化苯甲酰(BPO)对纳米Al热氧化的影响,并探究了表面活性剂Span80和过氧化苯甲酰对Al/JP10纳米流体燃料燃烧的影响机理。具体取得的研究结果如下:(1)双液滴对Al/正庚烷纳米流体燃料的蒸发行为、点火延迟时间和微爆炸均有协同促进作用,且其点火延迟时间比单液滴降低了约25.3%,最大微爆炸持续时间增加了7.2%。微爆炸会降低正庚烷燃烧阶段的持续时间,双液滴组的正庚烷燃烧阶段的持续时间比单液滴组的更长。随着两滴距离的增加,协同效应先增强后减弱。(2)纳米Al颗粒能够降低煤油液滴的点火延迟,其最高降幅达24.4%。Al/煤油基纳米流体燃料液滴自点火至第一次微爆炸发生的时长受液滴燃烧前消耗量和燃烧速率的影响,且从点火到第一次剧烈微爆炸发生的时长和总燃烧时长具有较好的线性正相关性。Al NPs良好的导热性可使煤油液滴燃烧时的蒸发速率提升近3倍。Al/煤油基纳米流体燃料液滴直径相较于点火时刻减少至50%时,Al NPs会在液滴表面形成致密的核-壳结构。表面活性剂也会形成相应的包覆层,从而阻碍了煤油的蒸发,但微爆炸在一定程度上破坏了液滴的核-壳结构。(3)2 wt.%n Cu O添加到2 wt.%Al/煤油基纳米流体燃料中,在700、750和800℃的不同环境温度下,对点火延迟和点火温度的影响不大;在750℃和800℃时,液滴直径随时间变化显著,燃烧速率最多提高21.7%,纳米Al颗粒的燃烧强度和氧化效率显著提高。因此,n Cu O在改善Al/煤油基纳米流体燃料燃烧方面具有良好的性能,为改善Al/煤油基纳米流体燃料的燃烧性能提供了良好的途径。(4)过氧化苯甲酰能促进纳米Al颗粒的氧化,提高其单位质量放热率。纳米Al颗粒较高的导热系数和辐射吸热能力、SP80在液滴表面的积累以及BPO的分解和产物的再氧化对纳米流体燃料燃烧时间与液滴蒸发的行为有影响。它们使液滴热膨胀率更高、微爆炸更强、燃烧周期更短。Al NPs燃烧越充分,Al/JP10纳米流体液滴的燃烧强度就越高。
其他文献
随着2030年我国“碳达峰”等一系列目标的提出,国家出台了一系列能源改革政策,能源结构不断优化,氢气作为作为未来主要清洁能源,将在能源市场中占据主要地位。但是由于氢气性质活泼,在储运过程中存在很大的安全隐患,目前氢气管道输送正处于不断尝试阶段,主要是通过对现有天然气长输管网进行一定改造后进行天然气、氢气混输。但是由于氢气极其活跃的性质,氢气与天然气的混合运输会对管网安全产生影响。此外由于管网的庞大
现如今我国下一代战机以超飞行、超隐身等多种能力作为发展目标,未来将配备高性能雷达、定向能武器等大功率设备;同时在高原、两极等低温环境下,传统战机冷却系统面临不能及时启动运行的问题。因此,如何高效解决机载电子设备在高热流和低温环境下的热管理问题,对于增强下一代战机的综合性能具有战略意义。面临以上复杂的散热工况,常规方式已不能满足要求,亟需引进高效稳定的冷却方案。喷雾冷却作为较有前景的下一代高热流传热
聚合物驱油技术在油田中广泛应用,聚驱采油技术通常使用的聚合物是聚丙烯酰胺(The Polyacrylamide,PAM),因此使用该技术提高原油采收率的同时含聚含油污水中也会含有大量高浓度的PAM溶液,而PAM溶液属于粘弹性流体,使得含聚含油污水粘度较高,是导致含聚含油污水油水难以分离的重要因素。为了提高含聚含油污水油水分离的效果,必须降低含聚含油污水的粘度。本文利用COMSOL数值模拟软件建立几
铝(Al)粉作为一种含能金属被广泛应用于固体推进剂、凝胶推进剂、纳米流体和铝热剂等领域中。然而,它在燃烧过程中容易团聚,导致燃烧效率降低、推进剂能量损失增大。为了解决此问题,本文采用CO2激光点火和多种实验手段相结合,首先研究了氟化钙(CaF2)对Al粉点火燃烧性能及其团聚过程的影响,揭示了CaF2对Al粉燃烧的促进机理;其次,采用包覆手段将AP/GAP包覆在Al粉表面,研究了AP/GAP包覆Al
<正>实报实销、局部外包、总价包干、上限锁定——设施管理(Facility Management,FM)是指通过整合建筑物中的人员、空间及流程,提高使用者生活质量或生产效率的管理行为,如住宅写字楼的物业管理与制造企业的厂务管理。与住宅写字楼相比,
油基钻屑是目前钻井开采过程产生的有害废弃物,运用低成本技术对油基钻屑无害化资源化处理是钻井行业面临的难题。本文提出将油基钻屑混煤配制成水煤浆,使用一种新型的油基钻屑水煤浆气化炉进行气化的处理方法。本文围绕该气化炉的相关结构和气化参数考察了油基钻屑水煤浆的气化特性。使用FLUENT软件,针对水煤浆气化特点和研究重点对气化过程进行合理的简化,选择湍流、气固两相流、可燃颗粒挥发分析出和燃烧、PDF非预混
当前,由于传统工业的快速发展,使得大气污染日益严重。烟气中的氮氧化物(NOx)是危害环境和人类健康的主要污染物之一。氨气选择性催化还原(NH3-SCR)技术是烟气脱硝领域应用较广且较为有效的一种方法,其原理是在催化剂的作用下,利用NH3作为还原剂,将NOx选择性还原为无污染的氮气(N2)。NH3-SCR技术的核心是脱硝催化剂的选择。传统商业的钒钛系脱硝催化剂存在活性窗口较高、较窄,且价格昂贵的缺陷
聚合物驱提高油田采收率的同时会产生大量的含聚丙烯酰胺污水(The Polyacrylamide,PAM),含聚污水具有粘度大和乳化程度高等特点,不经处理的含聚污水直接排放会对生态环境造成极大破坏。因此,降解含聚污水已成为人们研究的热点。传统降解含聚污水方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要通过物理切割或膜分离使污染物转移,其降解效率较低;化学法主要通过在含聚污水中添加化学试剂,其降解效率较
在航空航天领域,推进剂是动力源的重要一部分。为了改善固体推进剂的能量密度及比冲,向其中添加金属粉是一种重要的方式。硼作为一种含能金属添加剂,具有高的燃烧热,其热值分别是镁和铝的2.3倍和1.9倍,因而引起了广泛关注。然而,硼颗粒表面通常具有一层氧化层,熔点低,沸点高。在较高温度下(高于723 K)液化粘附在硼颗粒表面,大大降低了硼颗粒的燃烧效率。为了深入研究硼颗粒在点火燃烧过程中的能量释放特性,本