十二氢十二硼酸双四乙基铵对铝粉燃烧反应机理的影响

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为了探究固体硼氢燃料对铝粉燃烧反应机理的影响,采用同步热分析‑红外质谱联用技术及热裂解原位池‑傅里叶变换红外光谱联用技术,对十二氢十二硼酸双四乙基铵(BHN‑12)的热分解反应机理及反应动力学进行研究。在此基础上,结合数值模拟建立BHN‑12在爆炸流场中对铝粉燃烧反应影响的模型,探究硼氢燃料在流场中的反应时间、分散特性以及对铝粉的助燃效应。结果表明,BHN‑12热分解开始温度约314 ℃,结束温度约360 ℃。分解过程中出现三个放热峰和两个吸热峰,总质量损失范围为32.3%~33.9%。分解过程遵从幂级数法则(Mampel power),动力学机理函数为G(α)=α1/2。分解后的气体产物主要为H2、C2H4、C2H6和NH3,固体产物为非晶态的C和B单质。采用组分运输模型可较好地模拟Al/BHN‑12体系的后燃烧反应过程,在该过程中,Al燃料的分散速度比BHN‑12粒子的分散速度慢,20 ms时,Al燃料的分散半径约2.5 m,BHN‑12的分散半径约3 m。在反应初期2 ms时,无分解气体产物出现;大约4 ms时,开始出现气体产物,反应火球中部的温度约为1800 ℃,BHN‑12可提升体系的后燃反应温度约300 ℃。“,”To explore the effect of solid boron hydrogen fuel on the burning mechanism of aluminum powder, the simultaneous thermal analysis‑infrared mass spectrometry technology and the pyrolysis in‑situ cell‑Fourier transform infrared spectroscopy technology were employed. Combining with the numerical model of the effect of BHN‑12 on the burning reaction of aluminum powder in the explosion flow filed, the mentioned experiment was introduced to study the reaction time, dispersion characteristics and combustion‑supporting effect of boron‑hydrogen fuel. Results show that the thermal decomposition process of BHN‑12 started from 314 ℃, and ended at 360 ℃. There are three exothermic peaks and two endothermic peaks during the decomposition process with a total mass loss 32.3%-33.9%. The decomposition process obeyed the law of power series (Mampel power), and the dynamic mechanism function is G(α)=α1/2. The gaseous products of the thermal decomposition are mainly H2, C2H4, C2H6 and NH3, and the solid products are simple substances of amorphous C and B. The component transportation model was introduced to simulate the after‑ burning process of the Al/BHN‑12 system. During the process, the dispersion speed of Al fuel was slower than that of BHN‑12 particles. At the time of 20 ms, the dispersion radius of Al fuel was about 2.5 m, but it was 3m for BHN‑12. In the first 2 ms of the reaction, there was no gaseous product produced, until 4m the gaseous products came out with a temperature 1800 ℃ in the middle of the fire ball. BHN‑12 could increase the after‑burning temperature of the entire system by about 300 ℃.
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