Al/JP-10納米流體型燃料制備與兩相耦合燃燒機理研究
發(fā)布時間：2025-01-06 03:22
燃料熱值是制約新型飛行器性能的重要因素。通過將納米鋁顆粒加入液體燃料中,制成含鋁納米流體型燃料,能有效提高所得兩相燃料的體積能量密度。為深化對該類新型含鋁納米流體型燃料制備方法及能量釋放特性的認(rèn)識,本文采用實驗與理論分析相結(jié)合的方法,對Al/JP-10納米流體型燃料的制備及兩相耦合燃燒特性進行研究,以期對該類燃料的實際工程應(yīng)用提供理論參考和技術(shù)支撐。對Al/JP-10納米流體型燃料的流變性及穩(wěn)定性進行測試分析,探究表面活性劑類型及制備方式對該類燃料分散特性的影響規(guī)律,篩選出油酸作為最佳添加劑。為明確油酸對納米鋁的改性效果與作用機制,采用SEM、FTIR等多種現(xiàn)代化分析測試手段與ReaxFF分子動力學(xué)模擬方法相結(jié)合的方式,對油酸在納米鋁顆粒表面的吸附層特性及吸附機理進行研究。發(fā)現(xiàn)油酸分子能通過其羧基端與納米鋁顆粒表面進行化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定吸附層。當(dāng)油酸濃度較低時,油酸產(chǎn)生單層化學(xué)吸附層,厚度約為1.55nm左右;當(dāng)油酸濃度較高時,油酸分子會在化學(xué)吸附層外形成物理吸附層,產(chǎn)生化學(xué)-物理雙層吸附結(jié)構(gòu)。采用CO2激光點火試驗臺對Al/JP-10納米流體型燃料液滴的點火燃燒特性...
【文章頁數(shù)】：175 頁
【學(xué)位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 課題背景及意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 高密度液體燃料研究現(xiàn)狀
1.2.2 納米流體型燃料的制備方法研究現(xiàn)狀
1.2.3 納米流體型燃料的兩相分散特性研究現(xiàn)狀
1.2.4 納米流體體系的分子動力學(xué)模擬研究現(xiàn)狀
1.2.5 納米流體型燃料的蒸發(fā)及點火特性研究現(xiàn)狀
1.2.6 納米流體型燃料的燃燒特性研究現(xiàn)狀
1.2.7 納米流體型燃料理論模型研究現(xiàn)狀
1.2.8 存在的問題與不足
1.3 本文主要研究內(nèi)容和方法
1.3.1 研究內(nèi)容
1.3.2 研究方法
2 試驗裝置及方法
2.1 引言
2.2 Al/JP-10 納米流體型燃料制備及理化特性測試
2.2.1 Al/JP-10 納米流體型燃料制備
2.2.2 Al/JP-10 納米流體型燃料分散穩(wěn)定性分析
2.2.3 Al/JP-10 納米流體型燃料流變性分析
2.3 兩相界面特性表征
2.3.1 表面接觸角
2.3.2 表面張力
2.3.3 Zeta電位
2.4 吸附層特性表征
2.4.1 熱重分析
2.4.2 微觀形貌
2.4.3 元素分析
2.4.4 紅外吸收光譜
2.4.5 吸附層厚度
2.5 單液滴點火燃燒特性研究
2.5.1 CO2 激光點火試驗系統(tǒng)
2.5.2 光纖光譜儀
2.5.3 高速攝像機
2.5.4 高速測溫儀
2.6 燃燒產(chǎn)物分析
2.6.1 液氮激冷取樣裝置
2.6.2 掃描電鏡
2.6.3 X射線衍射儀
2.6.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
2.7 樣品來源
2.7.1 納米鋁顆粒
2.7.2 JP-10
2.7.3 表面活性劑
2.8 本章小結(jié)
3 Al/JP-10 納米流體型燃料的制備及兩相分散特性研究
3.1 引言
3.2 Al/JP-10 納米流體型燃料的制備及兩相分散特性
3.2.1 表面活性劑的選擇
3.2.2 顆粒表面改性
3.2.3 流變特性
3.3 油酸對Al/JP-10 兩相界面特性的影響規(guī)律
3.3.1 表面張力
3.3.2 接觸角
3.3.3 顆粒團聚現(xiàn)象
3.3.4 表面官能團
3.4 油酸在納米鋁顆粒表面的吸附特性
3.4.1 顆粒穩(wěn)定性
3.4.2 熱重曲線分析
3.4.3 吸附層元素分布
3.4.4 吸附層厚度
3.5 本章小結(jié)
4 油酸在納米鋁顆粒表面吸附改性機理的分子動力學(xué)模擬研究
4.1 引言
4.2 反應(yīng)力場分子動力學(xué)模擬方法
4.3 計算方法
4.3.1 納米鋁顆粒表面氧化
4.3.2 單分子油酸吸附
4.3.3 多分子油酸吸附
4.4 常溫下納米鋁顆粒氧化層構(gòu)造
4.4.1 動態(tài)平衡曲線
4.4.2 顆粒氧化過程剖視圖
4.4.3 Al-O徑向分布曲線
4.5 油酸在納米鋁顆粒表面的單分子吸附
4.5.1 動態(tài)吸附過程
4.5.2 表面電荷分布
4.5.3 羧基O-H鍵長變化
4.6 油酸在納米鋁顆粒表面的多分子吸附
4.6.1 不同油酸濃度下的油酸多分子吸附構(gòu)型
4.6.2 羧基徑向密度分布曲線
4.7 實驗驗證
4.8 本章小結(jié)
5 Al/JP-10 納米流體型燃料的兩相耦合燃燒特性
5.1 引言
5.2 Al/JP-10 兩相燃料整體能量特性
5.2.1 密度
5.2.2 理論熱值
5.3 JP-10 燃料與Al/JP-10 納米流體型燃料點火燃燒特性分析
5.3.1 點火燃燒全過程
5.3.2 點火延遲時間
5.3.3 燃燒溫度分布
5.4 Al/JP-10 液滴中固相鋁顆粒燃燒特征及鋁團塊形成
5.4.1 固相鋁顆粒燃燒過程
5.4.2 基于單波長燃燒特征分析
5.4.3 鋁團塊的形成及演變機制
5.5 固含量對Al/JP-10 納米流體型燃料點火燃燒特性的影響規(guī)律
5.5.1 點火延遲時間
5.5.2 燃燒強度
5.5.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
5.5.4 燃燒產(chǎn)物組分分析
5.5.5 燃燒反應(yīng)效率
5.6 本章小結(jié)
6 Al/JP-10 納米流體型燃料局部氧環(huán)境調(diào)控促燃機制
6.1 引言
6.2 純氧環(huán)境下Al/JP-10 納米流體型燃料的燃燒行為特征
6.2.1 動態(tài)燃燒過程
6.2.2 燃燒溫度分布特征
6.2.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
6.2.4 固相反應(yīng)效率
6.3 變氧分壓下Al/JP-10 液滴的燃燒特征及固相促燃機制
6.3.1 動態(tài)燃燒過程
6.3.2 燃燒發(fā)射光譜
6.3.3 兩相燃燒強度
6.3.4 固相產(chǎn)物形貌
6.3.5 固相產(chǎn)物組分
6.3.6 團塊演變機制
6.4 環(huán)境氧分壓對Al/JP-10 液滴的燃燒行為的作用機制
6.5 本章小結(jié)
7 AP包覆改性對Al/JP-10 納米流體型燃料的高效促燃機制
7.1 引言
7.2 制備方法與包覆層結(jié)構(gòu)表征
7.2.1 配方設(shè)計
7.2.2 制備方法
7.2.3 包覆層微觀結(jié)構(gòu)
7.2.4 包覆層熱氧化分析
7.3 點火燃燒特性分析
7.3.1 動態(tài)燃燒過程
7.3.2 燃燒強度
7.3.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
7.3.4 鋁氧化效率
7.3.5 碳含量
7.4 高氯酸銨包覆層分解及促燃機理分析
7.4.1 低溫分解
7.4.2 高溫分解
7.5 本章小結(jié)
8 Al/JP-10 納米流體型燃料的兩相耦合點火燃燒模型
8.1 引言
8.2 物理模型
8.3 數(shù)學(xué)模型
8.3.1 液相蒸發(fā)燃燒
8.3.2 固相點火燃燒
8.3.3 物性參數(shù)計算
8.3.4 數(shù)值求解方法
8.4 模型有效性驗證
8.5 模型計算結(jié)果
8.6 實驗結(jié)果對比
8.7 本章小結(jié)
9 全文總結(jié)及展望
9.1 本文主要結(jié)論
9.2 本文主要創(chuàng)新點
9.3 下一步工作展望
參考文獻
作者簡歷
本文編號：4023713
【文章頁數(shù)】：175 頁
【學(xué)位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 課題背景及意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 高密度液體燃料研究現(xiàn)狀
1.2.2 納米流體型燃料的制備方法研究現(xiàn)狀
1.2.3 納米流體型燃料的兩相分散特性研究現(xiàn)狀
1.2.4 納米流體體系的分子動力學(xué)模擬研究現(xiàn)狀
1.2.5 納米流體型燃料的蒸發(fā)及點火特性研究現(xiàn)狀
1.2.6 納米流體型燃料的燃燒特性研究現(xiàn)狀
1.2.7 納米流體型燃料理論模型研究現(xiàn)狀
1.2.8 存在的問題與不足
1.3 本文主要研究內(nèi)容和方法
1.3.1 研究內(nèi)容
1.3.2 研究方法
2 試驗裝置及方法
2.1 引言
2.2 Al/JP-10 納米流體型燃料制備及理化特性測試
2.2.1 Al/JP-10 納米流體型燃料制備
2.2.2 Al/JP-10 納米流體型燃料分散穩(wěn)定性分析
2.2.3 Al/JP-10 納米流體型燃料流變性分析
2.3 兩相界面特性表征
2.3.1 表面接觸角
2.3.2 表面張力
2.3.3 Zeta電位
2.4 吸附層特性表征
2.4.1 熱重分析
2.4.2 微觀形貌
2.4.3 元素分析
2.4.4 紅外吸收光譜
2.4.5 吸附層厚度
2.5 單液滴點火燃燒特性研究
2.5.1 CO2 激光點火試驗系統(tǒng)
2.5.2 光纖光譜儀
2.5.3 高速攝像機
2.5.4 高速測溫儀
2.6 燃燒產(chǎn)物分析
2.6.1 液氮激冷取樣裝置
2.6.2 掃描電鏡
2.6.3 X射線衍射儀
2.6.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
2.7 樣品來源
2.7.1 納米鋁顆粒
2.7.2 JP-10
2.7.3 表面活性劑
2.8 本章小結(jié)
3 Al/JP-10 納米流體型燃料的制備及兩相分散特性研究
3.1 引言
3.2 Al/JP-10 納米流體型燃料的制備及兩相分散特性
3.2.1 表面活性劑的選擇
3.2.2 顆粒表面改性
3.2.3 流變特性
3.3 油酸對Al/JP-10 兩相界面特性的影響規(guī)律
3.3.1 表面張力
3.3.2 接觸角
3.3.3 顆粒團聚現(xiàn)象
3.3.4 表面官能團
3.4 油酸在納米鋁顆粒表面的吸附特性
3.4.1 顆粒穩(wěn)定性
3.4.2 熱重曲線分析
3.4.3 吸附層元素分布
3.4.4 吸附層厚度
3.5 本章小結(jié)
4 油酸在納米鋁顆粒表面吸附改性機理的分子動力學(xué)模擬研究
4.1 引言
4.2 反應(yīng)力場分子動力學(xué)模擬方法
4.3 計算方法
4.3.1 納米鋁顆粒表面氧化
4.3.2 單分子油酸吸附
4.3.3 多分子油酸吸附
4.4 常溫下納米鋁顆粒氧化層構(gòu)造
4.4.1 動態(tài)平衡曲線
4.4.2 顆粒氧化過程剖視圖
4.4.3 Al-O徑向分布曲線
4.5 油酸在納米鋁顆粒表面的單分子吸附
4.5.1 動態(tài)吸附過程
4.5.2 表面電荷分布
4.5.3 羧基O-H鍵長變化
4.6 油酸在納米鋁顆粒表面的多分子吸附
4.6.1 不同油酸濃度下的油酸多分子吸附構(gòu)型
4.6.2 羧基徑向密度分布曲線
4.7 實驗驗證
4.8 本章小結(jié)
5 Al/JP-10 納米流體型燃料的兩相耦合燃燒特性
5.1 引言
5.2 Al/JP-10 兩相燃料整體能量特性
5.2.1 密度
5.2.2 理論熱值
5.3 JP-10 燃料與Al/JP-10 納米流體型燃料點火燃燒特性分析
5.3.1 點火燃燒全過程
5.3.2 點火延遲時間
5.3.3 燃燒溫度分布
5.4 Al/JP-10 液滴中固相鋁顆粒燃燒特征及鋁團塊形成
5.4.1 固相鋁顆粒燃燒過程
5.4.2 基于單波長燃燒特征分析
5.4.3 鋁團塊的形成及演變機制
5.5 固含量對Al/JP-10 納米流體型燃料點火燃燒特性的影響規(guī)律
5.5.1 點火延遲時間
5.5.2 燃燒強度
5.5.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
5.5.4 燃燒產(chǎn)物組分分析
5.5.5 燃燒反應(yīng)效率
5.6 本章小結(jié)
6 Al/JP-10 納米流體型燃料局部氧環(huán)境調(diào)控促燃機制
6.1 引言
6.2 純氧環(huán)境下Al/JP-10 納米流體型燃料的燃燒行為特征
6.2.1 動態(tài)燃燒過程
6.2.2 燃燒溫度分布特征
6.2.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
6.2.4 固相反應(yīng)效率
6.3 變氧分壓下Al/JP-10 液滴的燃燒特征及固相促燃機制
6.3.1 動態(tài)燃燒過程
6.3.2 燃燒發(fā)射光譜
6.3.3 兩相燃燒強度
6.3.4 固相產(chǎn)物形貌
6.3.5 固相產(chǎn)物組分
6.3.6 團塊演變機制
6.4 環(huán)境氧分壓對Al/JP-10 液滴的燃燒行為的作用機制
6.5 本章小結(jié)
7 AP包覆改性對Al/JP-10 納米流體型燃料的高效促燃機制
7.1 引言
7.2 制備方法與包覆層結(jié)構(gòu)表征
7.2.1 配方設(shè)計
7.2.2 制備方法
7.2.3 包覆層微觀結(jié)構(gòu)
7.2.4 包覆層熱氧化分析
7.3 點火燃燒特性分析
7.3.1 動態(tài)燃燒過程
7.3.2 燃燒強度
7.3.3 燃燒產(chǎn)物微觀形貌
7.3.4 鋁氧化效率
7.3.5 碳含量
7.4 高氯酸銨包覆層分解及促燃機理分析
7.4.1 低溫分解
7.4.2 高溫分解
7.5 本章小結(jié)
8 Al/JP-10 納米流體型燃料的兩相耦合點火燃燒模型
8.1 引言
8.2 物理模型
8.3 數(shù)學(xué)模型
8.3.1 液相蒸發(fā)燃燒
8.3.2 固相點火燃燒
8.3.3 物性參數(shù)計算
8.3.4 數(shù)值求解方法
8.4 模型有效性驗證
8.5 模型計算結(jié)果
8.6 實驗結(jié)果對比
8.7 本章小結(jié)
9 全文總結(jié)及展望
9.1 本文主要結(jié)論
9.2 本文主要創(chuàng)新點
9.3 下一步工作展望
參考文獻
作者簡歷
本文編號：4023713
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