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纳米铜粉团聚物在微尺度下的点火及燃烧特性
  • ISSN号:1006-2793
  • 期刊名称:《固体火箭技术》
  • 时间:0
  • 分类:V512[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
  • 作者机构:[1]杭州电子科技大学理学院,杭州310018, [2]杭州电子科技大学材料与环境工程学院,杭州310018
  • 相关基金:国家自然科学基金(51276053,51006029); 浙江省自然科学基金(LY14E060002); 浙江省中青年学科带头人学术攀登项目(pd2013158)
中文摘要:

金属燃料降为纳米尺度,燃烧室降至微米尺度,其点火和燃烧将呈现不同的特性。选用非挥发性金属纳米铜为研究对象,分析其氧化过程和燃烧路线,并结合相变分析其燃烧过程中的分裂和微爆炸现象。在微尺度下,常温常压静止空气流中,纳米铜粉的最低点火功率为27.4 m W,最短点火延迟时间低于6 ms。点火延迟时间受点火功率、圆形度和等效粒径等综合因素的影响。纳米铜粉的典型燃烧过程包括燃烧启动、扩散燃烧、弱火焰和淬熄4个阶段。纳米铜粉受激光预热,发生氧化变为熔融铜后发生非均相着火及表面燃烧。铜氧化物部分溶于熔融铜而变成内含物,氮气等溶于熔融铜后,导致纳米铜粉分裂和微爆炸。激光功率高于最低点火功率时,纳米铜粉发生有焰燃烧,火焰面呈圆形,火焰锋面和亮度发生波动,燃烧不稳定。微尺度下,纳米铜粉的燃烧存在弱火焰形式,进而发生淬熄,淬熄后的燃烧产物保持圆形。

英文摘要:

The ignition and combustion characteristics of fuels composed of nano-metal at the micro-scale would be different from those of micron-sized metal at the macro-scale and meso-scale combustors. The oxidation of non-volatile nano copper powders was analyzed,and its combustion route was carried out. During the combustion,the split and the micro-explosion phenomena of nano copper powders were demonstrated and discussed on the basis of the binary Cu-O phase diagram. At the micro-scale,in a stagnation air flow at the atmospheric pressure,the minimum ignition power of nano copper powders is 27. 4 m W,and the shortest ignition delay time is below 6 ms. Ignition delay time is influenced by ignition power,roundness and equivalent diameter of nano copper powders.The classical combustion of nano copper powders includes four stages,i. e.,the startup of combustion,diffusive combustion,weak flame and extinction. After nano copper powders are preheated by the laser,copper powders take oxidation reaction and become molten copper,and then take heterogeneous ignition and surface combustion. A part of copper oxide dissolves in molten copper and becomes inclusion. Simultaneously,nitrogen also dissolves in molten copper,resulting in the occurrence of split and micro-explosion phenomena during the combustion. As the laser power is beyond the minimum ignition power,nano copper powders combust with bright flame,and the shape of combustion flame looks like circle. The fluctuation of the flame front and flame brightness shows instable combustion. At the micro-scale,the diffusion combustion followed by the weak flame,and the flame eventually extinguishes. The round combustion residues can be clearly observed after extinction.

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期刊信息
  • 《固体火箭技术》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国航天科技集团公司
  • 主办单位:中国航天科技集团公司第四研究院 中国宇航学会固体推进专业委员会
  • 主编:何晓兴
  • 地址:西安市120信箱47所编辑部
  • 邮编:710025
  • 邮箱:gthjjs@163.com
  • 电话:029-83603254
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-2793
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1176/V
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 航空航天类核心期刊,航天部科技期刊三等奖,陕西省科技期刊一等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:6039