發(fā)布時(shí)間：2020-06-19 12:19

【摘要】：自燃型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)無需點(diǎn)火系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、導(dǎo)彈及其他航天器的動(dòng)力系統(tǒng)。傳統(tǒng)自燃型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃用MMH(甲基肼),UDMH(不對(duì)稱二甲基肼)等肼類燃料,具有高毒性及存儲(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn),因而近年來各航天大國均開展了肼類燃料綠色替代計(jì)劃。論文針對(duì)新型自燃含能離子液體推進(jìn)劑的液相混合及起燃過程開展起燃過程液相流動(dòng)及自點(diǎn)火機(jī)理,推進(jìn)劑組合優(yōu)選及對(duì)碰射流數(shù)值仿真研究,取得的主要學(xué)術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下:1)發(fā)現(xiàn)了新的液體自燃推進(jìn)劑點(diǎn)火現(xiàn)象。設(shè)計(jì)并搭建了離子液體與氧化劑的自點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了不同速度離子液體液滴與氧化劑碰撞自點(diǎn)火過程液面混合的微觀圖像及火焰形貌的宏觀圖像的同步采集。結(jié)果表明不同含能離子液體與氧化劑液相對(duì)碰后出現(xiàn)了三種自點(diǎn)火的模式,即碰撞后(a)產(chǎn)生大量飛濺二次液滴的微爆點(diǎn)火模式,(b)形成Leidenfrost層的中間產(chǎn)物氣層點(diǎn)火模式,以及(c)液滴液池聚合后的浸沒點(diǎn)火模式。其中對(duì)于某些(c)類型點(diǎn)火模式觀察到的超快庫侖爆炸點(diǎn)火現(xiàn)象,在國際自燃推進(jìn)劑研究領(lǐng)域未有文獻(xiàn)報(bào)道;2)優(yōu)選出了兩種具有潛力的綠色含能離子液體。定量獲得了多種不同含能離子液體的點(diǎn)火性能參數(shù),如庫侖爆炸延遲時(shí)間、微爆延遲時(shí)間、點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰面積等。發(fā)現(xiàn)了庫倫爆炸延遲時(shí)間與離子液體陽離子側(cè)鏈長度的依賴關(guān)系及陽離子不飽和度對(duì)點(diǎn)火延遲時(shí)間的影響規(guī)律,闡明了離子液體突破瑞利不穩(wěn)定性極限并實(shí)現(xiàn)庫倫爆炸的機(jī)理。評(píng)估了離子液體-氧化劑組合的自點(diǎn)火及有無固體產(chǎn)物表現(xiàn),優(yōu)選出兩種性能最佳的推進(jìn)劑組合,有望用于替代傳統(tǒng)高毒性肼類燃料;3)探索了對(duì)稱雙股對(duì)碰射流混合及破碎過程液膜、液帶及液滴的形成過程�；贔luent進(jìn)行雙股射流對(duì)碰的仿真計(jì)算,采用VOF耦合Level Set的方法,計(jì)算2ms內(nèi)的瞬態(tài)過程。觀察到液膜、液帶及破碎液滴的形成,發(fā)現(xiàn)當(dāng)碰撞角為80°時(shí),射流霧化效果更好,為后續(xù)實(shí)際不對(duì)稱物性的自燃離子液體推進(jìn)劑射流對(duì)碰實(shí)驗(yàn)和模擬研究提供參考。
【學(xué)位授予單位】：西安交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V511
【圖文】：

.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀1.2.1 自燃液體推進(jìn)劑研究現(xiàn)狀Wang[5]等通過實(shí)驗(yàn)方法研究了 MMH 與硝酸的之間的反應(yīng)，總結(jié)得到兩者的反程如圖 1-1 所示。用高速攝像機(jī)記錄下燃料液體滴落在硝酸液池后的反應(yīng)過程，液相和氣相反應(yīng)區(qū)域布置熱電偶用于記錄反應(yīng)過程中的溫度變化。結(jié)果表明反應(yīng)溫度變化分為以下三個(gè)階段：第一階段時(shí)溫度由室溫迅速升至沸點(diǎn)，第二階段時(shí)從沸點(diǎn)到 280℃相對(duì)緩慢地升高，第三階段時(shí)溫度從 280℃迅速升溫到火焰溫度。結(jié)合快速掃描傅里葉轉(zhuǎn)換紅外（FTIR）光譜和飛行時(shí)間質(zhì)譜（ToFMS）探測在這階段中 MMH 和硝酸之間的氣相中間產(chǎn)物。第一階段涉及液相反應(yīng)，形成離子化硝酸甲基肼（MMH HNO3），以及氧化產(chǎn)物硝酸甲酯（CH3ONO2），甲基疊氮化CH3N3），N2O，H2O 和 N2。第二階段形成氣溶膠云團(tuán)，主要由硝酸甲基肼組成。階段涉及導(dǎo)致點(diǎn)火的快速氣相反應(yīng)，是由硝酸的熱分解引發(fā)的，監(jiān)測到的物質(zhì)包2O，HONO，CH3ONO2，CH3ONO，CH3N3，CH3OH，CH3NH2，CH4，N2O，NO2和少量 HNCO，NH3，HCN 和 CO2。

1 緒論Forness[6]等研究了幾種燃料液滴（MMH，TEDMAZ）與氧化劑液池（WFNA（WFNA），RFNA（RFNA））以不同碰撞速度和碰撞角度接觸后的反應(yīng)過程，以量化液相反應(yīng)并對(duì)產(chǎn)生的碰撞結(jié)果進(jìn)行分類，獲得的碰撞結(jié)果如圖 1-2 所示。通過實(shí)驗(yàn)觀察得到了三種不同的碰撞類型：爆炸，彈跳和飛濺，并且發(fā)現(xiàn)碰撞類型取決于韋伯?dāng)?shù)（We）和碰撞角度。飛濺現(xiàn)象發(fā)生在 We>250 時(shí)，與碰撞角度無關(guān)。當(dāng) We<250 并且碰撞角度<7°時(shí)發(fā)生爆炸，如果碰撞角度>7°，則導(dǎo)致彈跳。同時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的碰撞形式會(huì)導(dǎo)致不同的氣體產(chǎn)生速率和不同程度的霧化效果，這會(huì)進(jìn)一步對(duì)混合物的點(diǎn)火性能產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)首次測量了 MMH 與 RFNA 從接觸到開始產(chǎn)生氣相產(chǎn)物之間的延遲時(shí)間為 20~200ms。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 丁佳偉;液/液同軸旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定性及液膜破碎機(jī)理研究[D];北京交通大學(xué);2017年

2 李明磊;層流液體射流碰撞非融合現(xiàn)象及其臨界特性的研究[D];清華大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2720781