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第1章 单体硼点火燃烧特性研究1

1.1 硼点火燃烧研究现状分析1

1.2 硼热反应特性7

1.2.1 试验方法8

1.2.2 动力学分析13

1.2.3 粒径影响15

1.2.4 气流速度影响16

1.2.5 升温速率影响16

1.3 一次硼产物点火燃烧特性17

1.3.1 硼与碳化硼反应的热力学计算研究17

1.3.2 碳化硼对硼热氧化特性的影响18

1.3.3 不同配比的碳化硼和硼粉的激光点火特性20

1.4 包覆及添加剂对硼点火燃烧的影响22

1.4.1 包覆工艺研究22

1.4.2 包覆对硼点火燃烧的影响26

1.4.3 添加剂对硼点火燃烧的影响29

1.5 展望31

参考文献32

第2章 单体硼点火及燃烧理论研究34

2.1 硼点火燃烧机理研究进展34

2.1.1 半经验模型之点火模型34

2.1.2 半经验模型之燃烧模型36

2.1.3 化学机理模型37

2.2 硼在氧化性气氛中燃烧的热力学分析39

2.2.1 计算方法39

2.2.2 B/O体系40

2.2.3 B/C/H/O体系42

2.3 展望45

参考文献45

第3章 推进剂用硼粉的热反应特性47

3.1 富燃料推进剂用包覆硼粉及团聚硼粉的制备47

3.2 热分析试验49

3.3 硼粉热分解特性分析49

3.3.1 气氛及压强对富燃料推进剂用硼粉热分解特性的影响49

3.3.2 配方对富燃料推进剂用硼粉热分解特性影响52

3.3.3 各硼粉中硼的转化率分析55

3.4 硼粉热分解过程分析59

3.4.1 无定形硼的热分解过程分析59

3.4.2 团聚硼的热分解过程分析59

3.4.3 包覆硼的热分解过程分析60

3.5 小结61

参考文献62

第4章 含硼富燃料推进剂一次燃烧参数测试方法及热力学计算63

4.1 推进剂的制备及部分一次燃烧参数的测试64

4.1.1 推进剂配方64

4.1.2 推进剂爆热、燃速和燃烧温度的测试65

4.2 成气率试验66

4.2.1 成气率测试装置的设计66

4.2.2 试验步骤68

4.2.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧成气率的测试69

4.3 燃气摩尔数试验70

4.3.1 燃气摩尔数测试系统的设计70

4.3.2 某标准推进剂的燃气摩尔数测试72

4.3.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧燃气摩尔数测试72

4.4 以试验为约束的热力学计算方法74

4.4.1 热力计算的理论模型74

4.4.2 含硼富燃料推进剂的一次燃烧分析及热力计算的基本假设75

4.4.3 热力计算76

4.4.4 程序的编制77

4.4.5 压强对含硼富燃料推进燃烧产物的影响77

4.4.6 温度对燃烧产物的影响84

4.4.7 含硼富燃料推进剂燃烧产物分布特性分析88

4.5 小结88

参考文献89

第5章 含硼富燃料推进剂一次燃烧机理研究90

5.1 试验样品90

5.2 燃速和爆热的测试及结果91

5.3 热分析92

5.3.1 氧化剂AP与各燃料组分的凝相反应分析92

5.3.2 含硼富燃料推进剂的热分解95

5.4 燃烧火焰结构单幅照相试验97

5.5 燃烧波温度分布99

5.6 骤冷中断燃烧的燃面观察103

5.7 小结及展望106

参考文献106

第6章 含硼富燃料推进剂一次燃烧凝聚相产物的收集及分析确定107

6.1 一次燃烧产物收集装置的设计108

6.2 一次燃烧产物收集试验112

6.3 一次燃烧凝聚相产物的形貌和粒度分析113

6.4 一次燃烧凝聚相产物的XRD分析116

6.5 凝聚相产物组分的定量测试117

6.5.1 测试原理117

6.5.2 具体实施步骤119

6.5.3 试验结果及讨论122

6.6 小结124

参考文献125

第7章 一次燃烧产物与空气掺混评估及增强技术研究127

7.1 国内外发展现状127

7.1.1 掺混增强技术129

7.2 掺混评估方法131

7.2.1 数值仿真方法131

7.2.2 掺混评估方法134

7.3 两相分区掺混评价准则137

7.3.1 冷流掺混与热流掺混的联系与差异137

7.3.2 掺混效果与燃烧性能的联系与差异142

7.4 掺混增强技术148

7.4.1 被动掺混增强技术148

7.4.2 主动掺混增强技术154

7.5 小结168

参考文献168

第8章 非均匀气流中颗粒点火燃烧过程研究171

8.1 引言171

8.2 现有相对静止气氛下模型分析171

8.2.1 气相控制方程组172

8.2.2 相对静止气氛下的颗粒相控制方程组173

8.2.3 相对静止气氛下硼颗粒燃烧过程控制机制分析173

8.2.4 相对静止气氛下硼颗粒燃烧模型不足分析174

8.3 强迫对流下燃烧过程物理数学模型175

8.3.1 基本假设175

8.3.2 控制方程组175

8.3.3 边界条件177

8.3.4 数值仿真方法180

8.3.5 控制方程组变换推导182

8.3.6 物性参数和输运参数183

8.3.7 控制方程组的离散183

8.3.8 数值求解方法185

8.4 结果与分析185

8.4.1 燃烧过程分析185

8.4.2 气流速度的影响188

8.4.3 不均匀气流的影响189

8.4.4 修正系数推导192

8.5 高速对流下点火过程物理数学模型193

8.5.1 基本假设193

8.5.2 控制方程组194

8.5.3 边界条件195

8.5.4 相间质量传递模型和能量传递模型197

8.5.5 数值仿真方法199

8.6 结果与讨论201

8.6.1 试验定性模拟分析201

8.6.2 分析与讨论202

参考文献203

第9章 含硼燃气在补燃室条件下的扩散燃烧研究207

9.1 概述207

9.1.1 扩散燃烧的概念207

9.1.2 扩散燃烧机理208

9.1.3 扩散燃烧国内外研究现状209

9.2 补燃室条件下扩散燃烧数学模型211

9.2.1 扩散燃烧的特点211

9.2.2 气相、凝相流动过程假设与控制方程211

9.2.3 湍流模型216

9.2.4 气相燃烧模型221

9.2.5 凝相燃烧模型223

9.3 基于King点火燃烧模型的数值模拟226

9.3.1 硼颗粒点火燃烧模型UDF程序编制226

9.3.2 物理模型及边界条件227

9.3.3 模拟结果及对比分析229

9.4 扩散燃烧的影响因素分析234

9.4.1 物理模型234

9.4.2 空燃比对扩散燃烧的影响234

9.4.3 进气温度对扩散燃烧的影响241

9.4.4 来流压力对扩散燃烧的影响243

9.4.5 扩散燃烧影响因素分析244

9.5 扩散燃烧试验研究245

9.5.1 试验装置流动相似设计245

9.5.2 试验设备及试验方案247

9.5.3 典型试验结果及其分析248

9.5.4 模拟结果与试验结果对比251

9.5.5 总结259

参考文献259

第10章 补燃室燃烧诊断技术262

10.1 诊断方法综述262

10.1.1 静温总温测量方法262

10.1.2 基于计算机图像处理的温度场测量267

10.1.3 静压总压测量方法269

10.1.4 燃烧产物取样技术国内外研究现状270

10.2 总温静温测量方法研究275

10.2.1 总温测量方法276

10.2.2 静温测量方法280

10.3 总压静压测量方法研究283

10.3.1 总压测量方法284

10.3.2 静压测量方法285

10.3.3 压力测量的校核287

10.4 燃烧产物取样分析方法研究290

10.4.1 凝相产物取样技术研究290

10.4.2 相产物分析方法291

10.5 三维温度场重建方法研究297

10.5.1 辐射光谱层析原理297

10.5.2 补燃室三维温度场重建方法298

10.5.3 补燃室三维温度场重建试验研究300

10.6 小结304

参考文献305

第11章 固体火箭冲压发动机补燃室掺混燃烧模型研究309

11.1 绪言309

11.2 国内外研究现状309

11.2.1 湍流模型309

11.2.2 湍流燃烧模型310

11.2.3 硼颗粒点火、燃烧模型310

11.2.4 碳颗粒燃烧模型311

11.2.5 粒壁撞击状态判定模型311

11.3 补燃室掺混燃烧模型研究312

11.3.1 粒壁撞击状态判定模型312

11.3.2 粒壁撞击热效应313

11.3.3 粒子壁面燃烧／熄火模型314

11.3.4 颗粒边界加载模型315

11.3.5 湍流模型321

11.3.6 湍流燃烧模型322

11.3.7 入口粒径分布323

参考文献325

第12章 基于正交试验的固冲发动机二次燃烧组织技术研究326

12.1 正交试验在航天领域的应用情况326

12.2 正交试验设计328

12.2.1 基本术语328

12.2.2 正交表329

12.2.3 交互作用329

12.2.4 设计步骤330

12.3 补燃室设计参数正交设计331

12.4 数值试验结果及分析335

12.4.1 极差分析335

12.4.2 方差分析339

12.5 小结342

参考文献342

第13章 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计344

13.1 固冲发动机掺混燃烧性能研究现状344

13.2 主要影响因素分析及仿真方法介绍347

13.2.1 固冲发动机补燃室掺混燃烧影响因素分析347

13.2.2 掺混燃烧影响因素分析仿真方法简介348

13.3 补燃室结构对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究352

13.3.1 直接比较355

13.3.2 极差分析355

13.3.3 效应趋势图分析357

13.3.4 小结359

13.4 工作参数对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究360

13.4.1 工作参数对掺混燃烧效率影响仿真结果360

13.4.2 掺混燃烧性能影响因子分析362

13.4.3 小结364

13.5 关键影响因素对固冲发动机掺混燃烧效率的耦合影响研究364

13.5.1 正交试验方案设计364

13.5.2 数值仿真结果分析366

13.5.3 轴向两次进气参数优化数值仿真369

13.6 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计准则372

参考文献373