先进碳氢燃料
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燃烧过程中氮氧化物的生成机理一、本文概述氮氧化物(NOx)是燃烧过程中产生的一类重要污染物,对人类健康和环境质量构成了严重威胁。
本文旨在深入探讨燃烧过程中氮氧化物的生成机理,为有效控制其排放提供理论基础。
文章首先概述了氮氧化物的主要来源和危害,然后详细介绍了燃烧过程中氮氧化物的生成途径,包括热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx的生成过程。
接着,文章分析了影响氮氧化物生成的主要因素,如燃烧温度、氧气浓度、燃料种类等。
在此基础上,文章探讨了降低氮氧化物排放的技术措施,如低氮燃烧技术、烟气脱硝技术等。
文章对氮氧化物生成机理的未来研究方向进行了展望,旨在为燃烧过程氮氧化物减排技术的研发和应用提供有益参考。
二、氮氧化物的生成途径氮氧化物的生成主要发生在高温、富氧的燃烧环境中,其生成途径主要分为三种:热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。
热力型NOx:在高温条件下,空气中的氮气与氧气直接发生反应,生成NO,这是热力型NOx的主要生成方式。
这种反应通常在燃烧区域的温度高于1500℃时发生,且随着温度的升高,NO的生成速率会显著增加。
快速型NOx:快速型NOx主要在碳氢燃料浓度较高的区域生成,其中燃料中的碳氢化合物与氮气、氧气以及羟基自由基(OH)等发生反应,生成NO。
这种反应方式在火焰前锋的富燃料区域中特别显著,因为这里的碳氢化合物浓度最高。
燃料型NOx:燃料型NOx的生成与燃料中的氮元素有关。
在燃烧过程中,燃料中的氮元素首先被氧化为氨(NH3)和氰化氢(HCN)等中间产物,这些中间产物再进一步与氧气反应生成NO和NO2。
燃料型NOx的生成量取决于燃料的种类和燃烧条件,如火焰温度、氧气浓度以及燃料与氧气的混合程度等。
在燃烧过程中,这三种NOx生成途径可能同时发生,但在不同的燃烧条件和燃料类型下,它们对总NOx生成量的贡献可能会有所不同。
例如,在燃气轮机和高温工业锅炉中,热力型NOx是主要的NOx生成途径;而在柴油机和某些燃煤锅炉中,燃料型NOx的贡献可能更为显著。
燃料电池简介及其优缺点姓名:周鹏学号:0909141085班级:09电气工程及其自动化燃料电池是一种把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。
是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”。
燃料电池一般由燃料极(或称氢极)、空气极(或称氧极)以及夹在这两极之间的电解质构成。
工作时,由外部供给电池的氢在燃料极放出电子成为氢离子,氢离子通过电解质后移向空气极,而电子则通过外电路亦到达空气极。
在空气极,由外部供给电池的氧,与氢离子及电子进行反应生成水。
电能由外电路输出。
燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然都是将化学能转换成电能的装置,但它们的最大不同点在于,封存在干电池中参予化学反应的物质终将耗尽,反应停止,也就不能输出电能了;而对于燃料电池,只要外界不断地供给它燃料气体和氧化剂,化学反应就能不间断地进行,它就能不停地输出电能。
现在研制的燃料电池有四种基本类型,即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电解质型及碱型燃料电池。
它们是根据电池中所用燃料、氧化剂、电解质的不同以及工作温度和构成方式的差别而划分的。
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料,工作温度为200℃,反应过程用铂作催化剂,发电效率达40%。
溶融碳酸盐型燃料电池,使用的天燃气燃料中既含氢也含一氧化碳,还能用含氢纯度低的煤气作燃料,工作温度在600~700℃,化学反应活跃,不用铂等昂贵的催化剂,发电效率可达50%。
发电过程可利用所排热能,与汽轮机结合。
复合发电,这可使发电效率提高到55%左右;固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物,工作温度可高达800~1000℃,发电效率可达到50%以上;碱性燃料电池是以液氢为燃料,以液氧为氧化剂,成本极高。
美国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。
这种燃料电池不仅作为飞船和航天飞机的电源系统,而且也为宇航员提供了不可缺少的生活用水及生命保障系统中所需的冷却用水,这一特点是其他电源所望尘莫及的。
焦炉加热燃烧时氮氧化物(NOx )的形成机理及控制(转自好友haha4003)enjoy your work 2008-09-06 00:46:27 阅读167 评论0 字号:大中小焦炉加热燃烧时氮氧化物(NOx )的形成机理及控制摘要:燃气在焦炉立火道燃烧时,会生成氮氧化物NOx,按其生成的机理分有温度热力型、碳氢燃料快速型和含氧组分燃料型三种。
文中详细介绍了上述三种NOx的形成机理及控制方法后指出,在焦炉操作中,为降低NOx的生成量,应采用废气循环、分段供气、采用含氮量低的燃气和降低火道温度等措施。
燃气在焦炉立火道中燃烧时会生成氮氧化物(以NOx表示)。
燃烧过程中生成的氮氧化物就其形成机理看有三种类型,即①温度热力型NOx ;②碳氢燃料快速型NOx ;③含氮组分燃料型NOx 。
也有资料将前两种合称为温度型NOx 。
研究表明,在燃烧生成的NOx中,NO占95%,NO2为5%左右。
在大气中NO能缓慢转化为NO2,故在探讨NOx形成机理时,主要研究NO的形成机理。
一、温度热力型NO形成机理及控制1 温度热力型NO形成机理燃烧过程中,空气带入的氮被氧化为NO。
NO的生成由如下一组链式反应来说明,其中原子氧主要来源于高温下O2的离解:O+N2=NO+NN+O2=NO+O由于原子氧和氮分子反应需要很大的活化能,所以在燃料燃烧前的燃烧火焰中不会生成大量的NO,而只有在燃烧火焰的下游高温区(从理论上说,只有火焰的下游才积聚全部的热焓而使该处温度最高,燃烧前和火焰前部与中部都不是高温区),才能发生O2的离解,也才能生成NO。
关于燃烧高温区的温度,根据资料[4]论述,当α=1.1,空气预热到1100℃时,焦炉煤气理论燃烧温度为2350℃,高炉煤气理论燃烧温度为2150℃。
一般认为实际燃烧温度要低于此值,实际燃烧温度介于理论燃烧温度和测定的火道砌体温度之间。
如测定的火道温度为1300~1350℃(按平均1325℃计),则焦炉煤气的实际燃烧温度约为(2350+1325)÷2≈1840℃,而高炉煤气约为:(2150+1325)÷2≈1740℃。
碳排放的主要来源
任何人类活动都可能导致碳排放,各种燃料、天然气、石蜡、煤、天然气在使用过程中会产生大量的二氧化碳、城市运行、人们的日常生活、交通(飞机、火车、汽车等)。
也会排放大量的二氧化碳。
碳排放的主要来源是化石燃料。
化石燃料,又称矿石燃料,是碳氢化合物或碳氢化合物的混合物,包括煤、石油、天然气、油页岩、油砂和海下可燃冰。
在化石燃料燃烧过程中,碳转化为二氧化碳进入大气,增加了温室气体的排放。
煤、石油、天然气等化石燃料被广泛使用,也是二氧化碳的主要来源。
其中,煤的碳含量非常丰富,煤的燃烧会排放大量的二氧化碳。
氢燃料电池的工作原理及应用前景一、工作原理氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。
其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。
以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:(1)氢气通过管道或导气板到达阳极;(2)在阳极催化剂的作用下,1个氢分子解离为2个氢质子,并释放出2个电子,阳极反应为:H2→2H++2e。
(3)在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2+2H++2e→H2O总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O电子在外电路形成直流电。
因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。
二、特点1、无污染燃料电池对环境无污染。
它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。
燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。
如上所述,燃料电池只会产生水和热。
如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
2、无噪声燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。
这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。
3、高效率燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。
氢是世界上最多的元素,氢气来源极其广泛并且是可再生资源,所以用氢气作为“燃料”似乎最合适不过。
由于燃料电池是化学能直接转换为电能,相比内燃机的燃烧作用不会产生大量废气与废热,转化效率更可超过50%(内燃机转化效率为10%),排放物也只有水,也不会对环境温度造成影响。
doi:10.3969/j.issn.1001 ̄8352.2020.03.009JP ̄10燃料燃爆特性及无约束爆炸状态场参数试验研究❋尤祖明①㊀王永旭①㊀张㊀莹②㊀贾晓亮②㊀解立峰①㊀李㊀斌①①南京理工大学化工学院(江苏南京ꎬ210094)②辽宁锦华机电有限公司(辽宁兴城ꎬ125125)[摘㊀要]㊀以云爆武器的液态燃料组分筛选为应用背景ꎬ基于JP ̄10燃料密度高㊁综合性能佳以及成本低等特点ꎬ开展了爆轰管内JP ̄10燃料的燃爆特性试验研究以及外场无约束空间下JP ̄10燃料的分散效果及爆炸状态场研究ꎮ研究发现:在强起爆作用下ꎬJP ̄10燃料爆轰管内的爆炸超压约为0.6MPaꎻ在无约束条件下ꎬJP ̄10燃料抛撒爆炸过程中ꎬ其云雾区内超压峰值要高于同体积的乙醚燃料ꎬ且爆炸温度峰值达到1366.9ħꎬ1000ħ以上高温持续时间是乙醚燃料的2倍ꎬ说明JP ̄10燃料的高热值特性有利于提高云爆武器的热毁伤效果ꎮ[关键词]㊀JP ̄10燃料ꎻ爆轰管ꎻ无约束ꎻ爆炸状态场[分类号]㊀TQ560.7ꎻTJ014ExperimentalStudyonExplosionCharacteristicsandUnconfinedBlastParametersofJP ̄10FuelYOUZuming①ꎬWANGYongxu①ꎬZHANGYing②ꎬJIAXiaoliang②ꎬXIELifeng①ꎬLIBin①①SchoolofChemicalEngineeringꎬNanjingUniversityofScienceandTechnology(JiangsuNanjingꎬ210094)②LiaoningJinhuaMechanicalandElectricalCo.ꎬLtd.(LiaoningXingchengꎬ125125)[ABSTRACT]㊀JP ̄10hasfeaturesofhighfueldensityꎬgoodcomprehensiveperformanceandlowcost.BasedonthebackgroundofFAEweaponsꎬespeciallyonthescreeningofliquidfuelsꎬexperimentswerecarriedouttostudytheexplosioncharacteristicsofJP ̄10fuelinself ̄designeddetonationtubeꎬaswellastheblastparametersinunconfinedspace.Experi ̄mentalresultsshowthatthepeakvalueofblastoverpressureforJP ̄10fuelinshocktubeis0.6MPa.InunconfinedspaceꎬtheblastoverpressureincloudzoneforJP ̄10fuelishigherthandiethyletherꎬmeanwhilethehightemperatureduration(over1000ħ)istwiceofdiethyletherwithapeakvalueof1366.9ħ.ThedataobtainedindicatesthatJP ̄10fuelꎬwithitshighcolorificvalueꎬwillenhancethethermaldamageeffectofFAEweapons.[KEYWORDS]㊀JP ̄10fuelꎻdetonationtubeꎻunconfinedꎻblastfield引言低沸点㊁高热值的液态燃料常和高能金属粉末一起构成了固液复合云爆燃料的主体成分ꎮ作为一类常见且成本低廉的液态燃料ꎬ碳氢燃料倍受推崇ꎬ用于国内外多种云爆武器的燃料配方中[1 ̄4]ꎮ目前ꎬ在云爆燃料配方设计过程中ꎬ低沸点㊁易挥发燃料是液态燃料组分的首选[5]ꎬ常见的如环氧乙烷㊁环氧丙烷㊁乙醚等碳氢化合物ꎮ但由于碳氢燃料的热值相对较低ꎬ常采用一些热值高的液态燃料作为组分添加剂ꎬ以提高云爆燃料的威力ꎮ硝基甲烷㊁硝酸异丙酯等硝基化合物常用于云爆燃料配方[6]ꎮ㊀㊀油料(如柴油㊁汽油㊁航空煤油等)作为一类常用燃料都具有高热值的特点ꎬ是一类潜在的可用于云爆药剂配方设计中的组分ꎮJP ̄10燃料是航空煤油或航空燃料的一种ꎬ目前广泛用于各种导弹(特别是巡航导弹)中ꎬ为最成功的高密度烃燃料之一[7 ̄10]ꎮ由于其高密度㊁高能量㊁高安定性的特点ꎬ将JP ̄10燃料添加到现有云爆药剂的液相体系中可第49卷㊀第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.49㊀No.3㊀2020年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ExplosiveMaterials㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Jun.2020❋收稿日期:2019 ̄10 ̄09第一作者:尤祖明(1985-)ꎬ男ꎬ博士ꎬ主要从事云爆武器方向的研究ꎮE ̄mail:316986821@qq.com通信作者:李斌(1984-)ꎬ男ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事安全技术和多相爆轰方向的研究ꎮE ̄mail:libin@njust.edu.cn能会起到提高现有云爆药剂爆轰威力的功效ꎮ㊀㊀本文中ꎬ以JP ̄10燃料为研究对象ꎬ利用自行设计的立式爆轰管进行炸药直接起爆条件下JP ̄10燃料的燃爆特性参数研究ꎻ同时通过外场试验的方式获得其无约束爆炸状态场参数ꎮ所得结果能够为云爆燃料液相组分配方设计提供参考ꎮ1㊀试验部分1.1㊀试验样品JP ̄10燃料和乙醚(某类云爆药剂配方中常用的液相组分)的基本物理性质参数见表1ꎮ表1㊀试验样品的物理性质参数Tab.1㊀Physicalparametersofexperimentalsamples燃料密度(20ħ)/(g cm-3)沸点/ħ闪点/ħ净热值/(mJ kg-1)JP ̄100.91185.05642.1乙醚0.7134.6-4537.21.2㊀试验方法和装置针对JP ̄10燃料燃爆性能的研究主要分为两个方面:首先ꎬ在实验室内通过自制的立式爆轰管研究JP ̄10燃料的燃爆特性ꎻ以此为基础ꎬ在外场试验中对无约束条件下JP ̄10燃料的爆炸状态场进行测试ꎬ综合评估其用于云爆药剂配方设计中的可能性ꎮ1.2.1㊀立式爆轰管试验利用南京理工大学汤山科研试验中心的立式爆轰管系统[11](图1)开展JP ̄10燃料燃爆性能试验研究ꎮ此系统主要由立式爆轰管主体㊁燃料雾化系统㊁㊀㊀㊀㊀(a)结构图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)实物图1-激波管ꎻ2-真空泵ꎻ3-测量孔ꎻ4-预混气进气口ꎻ5-真空表ꎻ6-高压储气罐ꎻ7-防爆电磁阀ꎻ8- U 形管ꎻ9-空气压缩机ꎮ图1㊀立式爆轰管Fig.1㊀Verticaldetonationtube点火系统和测试系统组成ꎮ其中ꎬ爆轰管的长度为5400mm㊁内径为200mmꎬ沿长度轴线方向每隔350mm对称布置两套燃料雾化装置ꎬ共计28套ꎬ形成一整套燃料雾化系统ꎮ1.2.2㊀外场无约束燃料抛撒点爆试验为模拟云爆药剂抛撒及云雾爆轰时的真实效果ꎬ在外场条件下开展无约束条件下燃料抛撒点爆试验ꎬ试验布置如图2所示ꎮ将云爆弹弹体放置在架子上ꎬ中心离地面1.25mꎬ架子固定在地面上ꎮ以壳体中心位置为爆心ꎬ炸高为1.25mꎬ二次起爆药柱距离爆心1.50mꎬ二次起爆药柱为160gTNT药柱ꎮ在爆心沿直线位置布置压力传感器ꎬ距爆心20.00m处布置高速录像机和红外热成像仪ꎬ分别记录燃料抛撒爆轰全过程以及燃料爆炸温度场ꎮ㊀㊀(a)外场场地布置㊀㊀㊀㊀(b)云爆弹装药结构1-燃料ꎻ2-中心分散装药ꎻ3-雷管和传爆药柱ꎻ4-云爆弹壳体ꎮ图2㊀外场试验Fig.2㊀Fieldexperiment2㊀结果与讨论2.1㊀立式爆轰管试验利用立式爆轰管开展JP ̄10燃料的燃爆性能试验研究ꎮ起爆能量固定为1个雷管加5gC4塑性炸药ꎮ在这个起爆能量的条件下ꎬ轻质碳氢燃料(C5㊁C6以下)都能直接达到爆轰状态ꎻ但对于传统油料(柴油㊁煤油等)来说ꎬ根据之前的研究结果ꎬ由于油料组分中重组分相对较多ꎬ其燃爆压力和燃爆速度趋于稳定后与轻质碳氢燃料相比仍有较大差距ꎬ说明传统油料很难直接达到爆轰状态ꎮ试验在不同当量比的JP ̄10燃料与空气混合物的条件下进行ꎬ当量比φ分别为0.7㊁0.9㊁1.0㊁1.1和1.3ꎮ燃爆性能通过燃爆压力和燃爆速度两个参数进行表征ꎮ不同当量比条件下的燃爆压力和燃爆速度随爆轰管上测点距离的变化趋势如图3所示ꎮ由图3可以看出ꎬ在JP ̄10燃料与空气的当量比处于1.0~1.1区间时ꎬJP ̄10燃料的燃爆压力和燃爆速 05 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第49卷第3期㊀㊀(a)燃爆压力㊀㊀(b)燃爆速度图3㊀燃爆压力和速度随测试距离的变化Fig.3㊀Explosionpressureandvelocitychangingwithtestdistance度要比当量比小于1.0或者大于1.1时明显提高ꎬ最大超压约0.6MPaꎬ最大增量能超过最低值的50%ꎮ说明与其他液相燃料试验结果一致ꎬ当量比对燃料的燃爆压力和燃爆速度影响明显ꎮ随着测试点距离(即测试点与爆源的间距)的增加ꎬ在不同当量比的工况下ꎬJP ̄10燃料与空气混合体系的燃爆压力和燃爆速度变化都不明显ꎬ相比之下更趋于稳态ꎮ这说明在强起爆条件下ꎬJP ̄10燃料与空气混合体系已达到最佳的燃爆效果ꎬ虽然燃料仍能自持发生反应ꎬ但燃爆参数已变化不明显ꎬ尚未达到爆轰的状态ꎮ这也印证了试验前对试验结果的预测ꎮ2.2㊀无约束燃料抛撒点爆试验为模拟实际装弹条件下JP ̄10燃料的无约束爆轰特性ꎬ在外场试验条件下对JP ̄10燃料与乙醚在等容条件下的抛撒及点爆过程进行了研究ꎮ通过对燃料云雾参数的测试㊁燃料云雾爆轰超压场测试和温度场测试对两种燃料的爆轰特性进行研究ꎮ采用内容积为1L的弹体ꎬ试验时JP ̄10燃料的平均装填量为910.5gꎬ乙醚的平均装填量为708.6gꎬ装填密度分别为0.91g/cm3和0.71g/cm3ꎮ按照步骤对两者的无约束爆轰性能进行测试ꎬ燃料成雾效果如图4所示ꎮ㊀㊀㊀㊀(a)乙醚燃料㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)JP ̄10燃料图4㊀起爆时刻前两种燃料的成雾效果Fig.4㊀AtomizationeffectsofdiethyletherandJP ̄10fuelbeforeinitiation㊀㊀由图4可以看出ꎬ在爆炸力驱动下ꎬ乙醚燃料云雾直径约为4.1mꎬ厚度约为2.2mꎻJP ̄10燃料云雾直径约为3.1mꎬ厚度约为0.8mꎻ二者的体积差异较为明显ꎮ乙醚作为一种低沸点燃料ꎬ在爆炸过程中部分发生相变ꎬ但主体形态仍保持完整ꎬ形成的液相云雾效果较好ꎻ而JP ̄10燃料虽然沸点比乙醚高ꎬ但作为一种吸热型燃料ꎬ在爆炸力作用下能够大幅吸收炸药爆炸的能量ꎬ使其迅速相变成为气态ꎬ致使其形成的云雾相比乙醚效果较差ꎮ2.2.1㊀超压测试针对每种样品做了3次平行试验ꎬ超压测试结果见表2ꎮ表2㊀超压峰值测试结果Tab.2㊀Testresultsofpeakoverpressure燃料超压峰值/kPa2m3m4m5m6mJP ̄10103.650.6637.0023.7018.09乙醚95.1058.1347.8724.0221.10㊀㊀由超压测试结果可以看出ꎬ在两种燃料云雾区(3m)之外ꎬ一直到对人员有轻伤的毁伤范围(6m)之内ꎬJP ̄10燃料燃爆的超压峰值都要小于乙醚燃爆的超压峰值ꎮ这主要是由于在爆炸分散形成云雾的过程中ꎬ部分乙醚燃料发生相变ꎬ变成气态ꎬ乙醚云雾为气液混合体系ꎬ气相乙醚组分的存在提高了云雾体系的爆轰敏感性ꎬ而液相乙醚组分的存在又保持了整个体系足够的爆轰能量ꎻ而JP ̄10燃料作为一种典型的吸热型高密度烃燃料ꎬ在爆炸驱动力雾化过程中相变明显ꎬ致使其液相组分较少ꎬ威力降低ꎬ不易于达到完全爆轰的状态ꎬ这同样证明了爆轰管里试验的结论ꎮ2.2.2㊀温度场测试㊀㊀对两种燃料的爆炸温度场进行了测试ꎬ以对比两种燃料的热释放效果ꎮ温度场测试结果见图5和表3ꎮ由图5和表3可以看出ꎬ在无约束条件下ꎬJP ̄10152020年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀JP-10燃料燃爆特性及无约束爆炸状态场参数试验研究㊀尤祖明ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(a)乙醚燃料㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)JP ̄10燃料图5㊀两种燃料的爆炸温度场Fig.5㊀Blasttemperaturefieldofthetwokindsoffuels表3㊀无约束条件下燃料爆炸温度场参数Tab.3㊀Blasttemperaturefieldparametersoffuelsinunconfinedcondition燃料火球最大直径/cm火球最高温度/ħ高温(大于1000ħ)持续时间/msJP ̄10828.51366.9240乙醚812.71111.3120燃料/空气云雾和乙醚/空气云雾的爆炸火球直径相近ꎮ表明虽然JP ̄10燃料的相变明显ꎬ但气相组分的存在同样保证了JP ̄10燃料具有足够的爆炸毁伤范围ꎬ这点可以从表2的超压测试结果中二者超压数据相差不大得到验证ꎮ但是ꎬJP ̄10燃料的爆炸最高温度比乙醚提高23%ꎬ且1000ħ以上的高温持续时间要提高1倍ꎬ说明在外场无约束条件下JP ̄10燃料能够比乙醚释放出更多的热能ꎬ有利于提高云爆药剂的热毁伤能力ꎮ3 结论以改进云爆武器配方为背景ꎬ分别在实验室和外场条件下对JP ̄10燃料和乙醚进行了对比试验ꎬ获得结论如下:1)在爆轰管试验中ꎬ针对不同当量比的JP ̄10燃料与空气混合物进行系统研究ꎬ试验结果表明ꎬ在强起爆条件下ꎬJP ̄10燃料很难达到爆轰状态ꎬ最大爆炸压力在0.6MPa左右ꎬ说明其较难单独作为云爆药剂的配方组分ꎮ2)在外场无约束条件下的点爆试验中ꎬ在云雾区范围内ꎬJP ̄10燃料的爆炸超压要高于乙醚ꎻ但在云雾区外ꎬ乙醚的爆炸超压都要高于JP ̄10燃料ꎻ这是由于JP ̄10燃料是吸热型燃料ꎬ在爆炸力驱动下更易吸能发生相变ꎬ致使其爆轰威力降低所致ꎮ3)在温度场测试结果中ꎬJP ̄10燃料的爆炸最高温度和高温持续时间要明显好于乙醚ꎬ说明其可以增加云爆药剂的热毁伤威力ꎮ参考文献[1]㊀刘庆明ꎬ白春华ꎬ李建平.多相燃料空气炸药爆炸压力场研究[J].实验力学ꎬ2008ꎬ23(4):360 ̄370.LIUQMꎬBAICHꎬLIJP.Studyonblastfieldcharac ̄teristicsofmultiphasefuelairexplosive[J].JournalofExperimentalMechanicsꎬ2008ꎬ23(4):360 ̄370.[2]㊀LIUGꎬHOUFꎬCAOBꎬetal.Experimentalstudyoffuel ̄airexplosive[J].CombustionꎬExplosionꎬandShockWavesꎬ2008ꎬ44(2):213 ̄217.[3]㊀LIYHꎬSONGZDꎬLIYZꎬetal.Theoreticalanalysisandnumericalsimulationforthespillprocedureofliquidfueloffuelairexplosivewithshell[J].InternationalJournalofNon ̄LinearMechanicsꎬ2010ꎬ45(7):699 ̄703.[4]㊀史远通ꎬ张奇.爆炸驱动燃料抛散的非理想化特征[J].含能材料ꎬ2015ꎬ23(4):330 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喷气式飞机燃料成分1.引言1.1 概述喷气式飞机燃料是现代航空技术中至关重要的组成部分。
作为一种能源来源,燃料直接影响着飞机的性能、效率和可持续性。
本文将对喷气式飞机燃料的成分进行探讨,以期加深对此领域的理解。
喷气式飞机燃料主要由碳氢化合物组成,如石油、煤炭或天然气等。
它是一种高能量密度的化学物质,能够在高温高压的环境下燃烧产生大量的能量。
随着航空技术的不断发展,燃料的研究与开发也越来越重要。
现代的喷气式飞机燃料不仅需要具备高能量密度,还要满足低排放、经济性和可持续性等要求。
喷气式飞机燃料的成分会直接影响到飞机的性能和效率。
合适的燃料组成可以提供稳定的燃烧过程,使飞机在起飞、巡航和降落等不同飞行阶段都能够获得最佳的性能表现。
此外,燃料的化学成分还会对飞机的废气排放和环境影响产生重要影响。
减少废气排放和降低对环境的影响已成为航空工业面临的重要挑战之一。
在过去几十年里,研究人员一直在努力研发更加清洁和可持续的喷气式飞机燃料。
生物燃料、合成燃料和可再生能源等新型燃料正在成为研究的热点。
这些燃料具有更低的碳排放和更少的环境污染物排放,可以显著减少飞机对气候变化的影响。
未来,随着科技的进步和环保意识的增强,我们可以期待更多创新和突破在喷气式飞机燃料领域的实现。
总之,喷气式飞机燃料的成分对于飞机性能、废气排放和环境影响都具有重要的意义。
深入研究和了解喷气式飞机燃料的基本组成和化学成分,可以帮助我们更好地理解和应对航空工业面临的挑战,并推动新型燃料的研发和应用。
未来,我们可以期待喷气式飞机燃料领域的创新和发展,为航空技术的进步和可持续发展做出更大贡献。
文章结构部分的内容可以如下所示:1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述喷气式飞机燃料成分的相关内容:1. 引言1.1 概述:介绍喷气式飞机作为现代航空工业的重要组成部分,其对燃料成分的要求和重要性。
1.2 文章结构:阐述本文的整体结构和各部分的内容安排。
1.3 目的:明确本文旨在探讨喷气式飞机燃料成分的基本组成和化学成分,并总结其重要性以及未来发展展望。
本科毕业论文(设计)题目:超燃冲压发动机原理与技术分析学院:机电工程学院专业:热能与动力工程系2010级热能2班姓名:王俊指导教师:刘世俭2014年 5 月28 日超燃冲压发动机原理与技术分析The Principle and Technical Analysis ofScramjet Engine摘要通过对超燃冲压发动机的基本原理与特点的介绍,比较了世界主要国家在超燃冲压理论研究与工程实际中的一些成果;结合高超音速空气动力学以及流体力学的一些基本原理,阐述进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管的设计并进行性能分析;列举目前投入应用的几种主流构型及其选择依据;分析主要参数对超燃冲压发动机的影响;最后综合阐述超燃冲压发动机的发展趋势以及用途。
关键词:超燃冲压发动机性能分析一体化设计热循环分析Abstract:Introduction the basic principle and features of scramjet engine, comparison of major powerful countries’ theoretical researches and practical achievements on this project. Expound and analyses the design and property programmes of air inlet、isolator、combustion chamber、tailpipe nozzle with theories of hypersonic aerodynamics and hydrodynamics; Its application in several mainstream configuration and its choice; analysis of the effect of main parameters on the scramjet. Finally, the developing trend of integrated scramjet paper and usesKey words: scramjet engine property analysis integrating design Thermal cycle analys目录1 概述及原理 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2超燃冲压发动机基本原理 (3)1.3国内外相关研究概况 (5)1.4研究内容 (10)2系统一体化研究意义与总体热性能分析 (11)2.1系统一体化研究的意义 (11)2.2 总体热力性能分析 (12)3 超然冲压发动机核心部件设计与性能研究 (17)3.1 进气道设计与性能研究 (17)3.2 隔离段设计与性能研究 (18)3.3 燃烧室设计与性能研究 (20)3.4 尾喷管设计与性能研究 (23)4总结与展望 (28)5结语 (31)6参考文献 (32)1 概述及原理1.1研究背景与意义吸气式高超声速飞行器是指飞行马赫数大于6、以吸气冲压发动机与其组合发动机为动力、而且能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器。
2017年08月RP-3航空煤油热物性分析邴政(中国航油集团北方储运有限公司,天津300452)摘要:针对航空煤油等吸热碳氢燃料的热物性分析困难度,本文采用优选替代燃料的方法,将我国自主研制生产的RP-3航空煤油作为研究对象,对其各项热物性特征进行分析与总结,以此在掌握RP-3航空煤油主要特征的基础上,验证分析方法的可行性与可推广性。
关键词:RP-3航空煤油;替代燃料;热物性分析对超燃冲压发动机而言,其运行时采用的吸热碳氢燃料一般是被作为一种冷却剂使用的,用于吸收机体中的热量,飞行马赫数是影响其状态与温度的主要因素。
相比于液态燃料,在持续加热的状态下,燃料存在不同的喷注过程、燃烧过程与热物性特性。
碳氢燃料由于成分十分复杂所以热物理性质分析存在很大的困难。
以最常用的航空煤油为例,主要由数千种成分构成,而且具体成分因厂家与年份的不同也有一定变化。
因此,必须找寻便于分析和研究的替代燃料。
1优选替代燃料在选择替代燃料时,应考虑需进行模拟分析的燃料性质与特点,通常分成化学与物理替代两类。
其中,物理替代有着与真实燃料十分相近的物理特性,主要在物理过程模拟中使用;而化学替代则有与真实燃料相近的化学特性,主要在化学过程模拟中使用。
对于替代燃料的准确性与有效性验证可围绕具体问题对应的具体过程来实施,通常是以若干关键参数分析模拟来实现。
比如,物理替代因只关注燃料的输运特性,所以仅需对真实与替代燃料的物理参数进行匹配即可,包括临界参数与挥发性等[1]。
针对替代燃料方面的分析研究,国外已开展一定尝试。
例如将正十二烷作为JP-7航空煤油的替代燃料对其热传导性与裂解特征进行分析。
对我国的RP-3航空煤油而言,其主要由三大部分构成,分别为饱和与不饱和碳氢化合物以及芳香族化合物。
其中,具有一定代表性的主要成分包括芳烃、饱和直链烃与饱和环烷烃。
考虑到RP-3航空煤油的构成与密度和法国煤油相近,所以可参照其模型对RP-3具体成分进行分析。
一种富氢燃料油的制备方法随着全球能源需求的不断增长,对于可再生能源的需求也越来越迫切。
其中,燃料油作为一种重要的能源,一直是人们关注的焦点。
近年来,随着科技的发展和环保意识的增强,人们对于燃料油的要求也越来越高。
然而,传统的燃料油存在着诸多的问题,如排放污染、能量利用率低等。
因此,研制一种高效、环保的新型燃料油,已成为当前的研究热点。
本文将介绍一种新型的富氢燃料油的制备方法。
该方法采用了先进的催化反应技术,能够有效地提高燃料油的能量利用率和环保性能。
下面将对该方法的实施流程进行详细介绍。
首先,将原料油加入反应釜中。
原料油的选择应根据不同的需求进行调整。
例如,对于柴油车来说,可以选择轻质石油或柴油作为原料油;对于燃气轮机来说,则可以选择天然气或石油气作为原料油。
在加入原料油的同时,还需要加入适量的催化剂。
催化剂的选择一般应根据原料油的性质和反应条件进行调整。
例如,对于柴油车来说,可以选择钼酸铵或钨酸铵作为催化剂;对于燃气轮机来说,则可以选择镍基催化剂。
催化剂的作用是加速反应速率,提高反应效率。
接下来,将反应釜加热至适当的温度。
反应温度的选择应根据催化剂的性质和反应条件进行调整。
一般来说,反应温度应在150℃-500℃之间。
在加热的同时,还需要将反应釜内的气氛控制在一定的范围内。
例如,对于柴油车来说,可以将反应釜内的气氛控制在氢气氛中;对于燃气轮机来说,则可以将反应釜内的气氛控制在氢气和气态烷烃氛中。
气氛的选择应根据催化剂的性质和反应条件进行调整。
随着反应的进行,原料油中的碳氢化合物将被分解成较小的分子,并与氢气发生反应生成较为稳定的烃类化合物。
这些化合物具有较高的能量密度和较低的污染排放,可以有效地提高燃料油的能量利用率和环保性能。
反应时间的选择应根据原料油的性质和反应条件进行调整。
一般来说,反应时间应在1小时-10小时之间。
最后,将反应釜内的产物进行冷却和分离。
冷却过程中,需要将产物暴露在低温环境中,以便产物的分离和提纯。
油溶性纳米颗粒作为燃料添加剂
经过研一期间对自己的课题方面相关文献的阅读,了解到自己课题方向的大
致趋势,现将这段期间所看的文献进行一下汇总,组建一个轮廓,便于更好的理
清自己的思路,对接下来的实验工作进行指导,更好的融入到自己的科研生活中
去,以下是关于课题的初步综述:
在燃料油中加添加剂改善其燃烧性能是一条切实可行的节能环保途径,提高
催化剂的催 化效率,减少其使用量是增加推进剂的能量、燃速、降低特征信号
的途径之一。纳米材料粒 径小,比表面积大,表面原子率高,具有很高的化学
活性,作为催化剂材料可显著提高催化 效率。航天航空发动机内大空速、短停
留时间的特殊环境决定了不能采用固定床等非均相催化燃烧,而应采用均相催化
的方式,采用的纳米铝催化剂沸点低,样品燃烧状态下呈气态,向燃烧表面传递
大量能量,使凝聚相分解速度加快,从而使推进剂燃速提高。关键技术包括
(1) 纳米催化剂的制备技术; (2)纳米催化剂在推进剂中的分散技术。
纳米铝作为一种新型材料,主要应用领域有三个方面,包括火箭推进剂,火炸药,
太阳能电池铝背场。这三个方面对于国家的军事和经济发展具有非常重要的意
义。制备纳米铝的方法主要有蒸发冷凝法,线爆炸法,机械化学法,脉冲激光剥蚀法,
电弧放电法和溶液化学法等。
一.纳米铝催化剂的制备技术
1.1蒸发冷凝法
蒸发冷凝法是物理方法制备纳米微粒的一种典型方法。在真空下充入纯净的
惰性气体(Ar,He等),高频感应加热使原料铝锭蒸发,产生铝蒸气,惰性气体的流动
驱动蒸气向下移动,并接近冷却装置。在蒸发过程中,铝蒸气原子与惰性气体原子
碰撞失去能量而迅速冷却,这种有效的冷却过程在铝蒸气中造成很高的局域过饱
和而均匀成核,在接近冷却装置的过程中,铝蒸 气首先形成原子团簇,然后形成单
个纳米微粒,纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米颗粒,但是这种方
法制作成本大,难度大,不易广泛使用。
1.2脉冲激光剥蚀法
脉冲激光剥蚀法也是物理法的一种,所采用的介质是乙醇,丙酮或者乙二醇。
从把铝材浸入液体中, 要经历三个步骤来制备纳米铝颗粒。所有这些步骤都是在
很短时间内完成的, 通常是大约几个毫秒。首先是激光脉冲加热靶材到沸点, 这
样就产生了含有等离子体靶材蒸气原子。接着等离子体绝热膨胀, 最后随着气体
冷却, 纳米铝子形成。在冷却步骤, 首先是成核, 接着通过相互粘附或者新材料
沉积在上面导致纳米粒子生长。这种合成方法的影响因素主要有激光波长、 激
光能量、 脉冲宽度、液体介质类型和剥蚀时间等。这种制备纳米铝的方法成本
非常昂贵, 不适合大规模生产
1.3机械化学法
机械化学法采用氯化铝和金属锂作为反应原料, 边研磨边反应制备纳米铝。
所使用的设备是惰性气体手套箱和球磨机。研磨反应后所得产物经过有机溶剂硝
基甲烷 / 氯化铝溶液洗涤, 能够除去大部分副产物氯化锂。所得纳米铝的平均
粒径为55 n m。由于所生成的纳米铝非常活泼, 如果使用金属钠与氯化铝球磨制
备纳米铝, 则副产物氯化钠很难除去。下式为机械化学法制备纳米铝的反应式:
A l C l 3 + 3 L i A l + 3L i C l
A l C l 3 + 3 N a A l + 3 N a C l
这种机械化学法制备纳米铝优点是方法简便,操作简单。缺点是虽然经过长时间
研磨,也难以保证所有的原料都能够参与反应, 因为固相研磨法毕竟接触面较小,
无法与均相反应相比。
1.4溶液化学法
溶液化学法制备纳米铝主要是使用无水氯化铝与氢化铝锂在介质中反应生成
单质铝和氯化锂,控制反应条件及反应介质,就有可能得到纳米铝
该反应在1,3,5-三甲苯溶剂中反应,温度控制164°C ,得到的纳米铝尺寸为
160nm,副产物氯化锂采用甲醇在-25°C到0°c条件下洗去。整个反应过程是
在惰性气体氛围中实现,溶液化学法虽然实现了均相反应,但是对于反应条件要
求苛刻,三甲基苯和甲醇要求经过高度的干燥。
(a)(1)纳米铝,(2)氯化铝(3)氯化锂.(b)经过甲醇水洗后,纳米铝的晶格
从以上图形可以看出,经过甲醇的水洗后课有效的去除纳米铝中的其他杂质。
1.5气溶胶法
由于三异丁基铝在低温下可进行热解,利用该性质对其实现纳米铝的制
备,实验装置图如下图,整个装置以氩气作为惰性气体,首先对三异丁基铝
在60°C下进行鼓泡,然后通入到反应炉中加热到350°C进行热解,通过对
不同温度的调整,可以观察到粒径不同的纳米铝颗粒。
二.纳米铝催化剂的包覆
由于纳米粉体粒度细、比表面积大、表面原子数多、原子配位不足及高
的表面能,使得这些表面原子具有很高的活性,极不稳定,很容易团聚在一
起形成带有若干链接界面的尺寸较大的团聚体。这种纳米粒子的团聚可能发
生在合成阶段、干燥过程及后来的处理中纳米粒子团聚的原因主要存在于以
下几个方面:
(1)纳米颗粒表面静电荷引力;
(2)纳米颗粒的高表面能;
(3)纳米颗粒之间的范德华力;
(4)纳米颗粒表面的氢键及其他化学键作用
纳米粉体改性就是针对纳米粒子的不稳定性实施的,对于软团聚的纳米
粒子,通过表面的物理和化学改性,来提高纳米粉体的可分散性。纳米粉体
改性目的就是改善纳米粉体表面的可湿性,增强纳米粉体在介质中的界面相
容性,使纳米粒子容易在有机化合物或者水介质中分散,提高纳米粉体的应
用性能,使纳米粉体在复合材料的基体中达到纳米粒子应有的作用,提高纳
米复合材料的物理、化学、机械性能及产生新的功能。
2.1 纳米粉体表面包覆(覆盖)改性
包覆,也称涂覆和涂层,包覆改性与表面化学改性不同,它是利用无机
物或有机物(主要是表面活性剂、水溶性或油性高分子化合物及脂肪酸皂等)
对粉体表面进行包覆以达到改性的目的。表面包覆改性时,表面改性剂与粒
子表面之间无化学反应,包覆物与粒子间依靠物理吸附或van der waals力而
连接。
在文献中,通过在溶液化学法的制备中,在无水氯化铝与氢化铝锂反应
时加入三苯基磷,生成的纳米铝颗粒外部直接包覆三苯基磷,可形成以下结
构,保护纳米铝,使其团聚现象减少。
2.2.沉淀反应表面改性
利用沉淀反应进行表面修饰,这是目前工业上用得最多的方法。这是通过无
机化合物在颗粒表面的沉淀反应,在颗粒表面形成一层或多层“包膜”,以达到
改善粉体表面性质,如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性,电、磁、热性
和体相性质等目的的表面改性方法。该法在纳米铝外表面包覆铁的氧化物表面改
性中较常使用,它是利用化学反应并将其生成物沉积在被改性颗粒的表面,是形
成一层极薄的包膜改性层,以改变超细颗粒的表面特性,使其达到所需的使用要
求。
其中三异丁基铝作为热解前驱体,热解生成纳米铝,五羧基铁作为铁的前驱
体,两者在反应管中发生沉积,在纳米铝的表面上包覆金属铁,适当通入一些空
气和氮气的混合物,氧化铁的表面。
2.3表面接枝法
表面接枝改性法是指应用化学或物理的方法使颗粒表面产生活性基团作为接枝
点,通过化学反应将分子链接到无机纳米粒子的表面,这样可充分发挥无机纳米
粒子的优点,实现设计优化,制备出具有新功能的纳米微粒。
对纳米颗粒进行表面接枝,由上述原理图可知,空间位阻和静电斥力的双作用使
得纳米粒子之间的排斥力增大,更加有效的阻碍了团聚。
纳米粉体生产和应用的关键问题是分散性问题、相容性问题、功能的优化和
控制问题,甚至还包括储存和输送问题。这些问题在很大程度上都有赖于表面改
性或表面处理技术的发
展。纳米粉体表面改性对应用领域的针对性或目的性很强,也即不同的应用领域
可能需要不同的表面改性方法、工艺和表面改性剂配方。因此纳米粉体表面改性
技术的发展趋势将是发展适用于各种不同途径的个性化的表面改性方法、工艺和
改性剂配方,为此将发展专门的表面改性工艺设备和在一定应用领域功能或性能
突出、成本较低的表面改性剂。