密度大于1的高密度液体碳氢燃料合成及复配研究

以双环戊二烯为原料合成了三种高密度燃料组元C10、C15及C20,其密度依次增加,但低温性质逐渐变差.为制备密度大于1且低温性质良好的高密度燃料,进行二元及三元复配,建立了复配燃料密度及低温粘度与组成的关系.C10可显著改善燃料的低温性质,而C20则可提高燃料密度.确定了兼具高密度和低粘度的燃料组成区域: C15为主组分,C10含量低于25%,C20的含量低于10%.此组成的复配燃料密度大于1 g·cm-3 (15 ℃),净热值达42.0 MJ·L-1,粘度小于500 mm2·s-1 (-40 ℃),倾点小于-70 ℃,具有良好的应用前景.     

齐聚法合成高密度燃料环戊二烯三聚体

通过双环戊二烯与环戊二烯的齐聚反应合成了环戊二烯三聚体,考察了催化剂三苯基膦氯化镍(Ni(PPh3)2Cl2)的用量、反应温度、溶剂种类等条件对反应收率的影响,结果表明溶剂种类及反应温度对环戊二烯三聚体的选择性和收率影响显著。溶剂乙腈与环戊二烯(CPD)质量比为5时,摩尔比n(Ni(PPh3)2Cl2)∶n(Zn)∶n(CPD)为0.05∶0.6∶1时在60℃反应8 h,环戊二烯三聚体的收率为83.2%。齐聚法合成环戊二烯三聚体与Diels-Alder法相比,反应温度(60℃)和压力(0.1 MPa)大幅降低,收率显著提高。     

碳氢燃料的敏化及机理研究

在激波管内分别测定了纯石脑油及加入敏化剂后，石脑油与空气混合物形成爆轰所需临界起爆能。实验结果表明，在石脑油中加入敏化剂后，其临界起爆能明显降低，可大大改善石脑油的爆轰性能。从化学动力学出发，分析了敏化剂的敏化机理。     

吸热型碳氢燃料的研究进展

吸热型碳氢燃料是实现高超音速飞行的首选燃料,从燃料的选择、催化剂的筛选、热沉的测定、复合结焦抑制剂的开发等方面展开论述了国内外的研究进展,并提出今后的研究方向.     

液相连续制备挂式四氢双环戊二烯

挂式四氢双环戊二烯(exo-THDCPD)是重要的高密度液体烃类燃料。为提高exo-THDCPD的合成效率,研究了连续制备exo-THDCPD的新工艺,包括两个反应器(鼓泡式连续流加氢反应器和连续流异构化釜式反应器)的串联,即两个过程(Pd/C催化环戊二烯二聚体(DCPD)加氢制备桥式四氢双环戊二烯(endo-THDCPD)和Al Cl3催化endo-THDCPD异构合成exo-THDCPD)的串联。结果表明,液相连续制备exo-THDCPD的较佳工艺条件为:重时空速2.4 h-1,加氢压力0.1 MPa,氢气流速80 m L·min-1,DCPD浓度0.76 mol·L-1,加氢反应温度30℃,异构化反应温度70℃;DCPD转化率100%,exo-THDCPD收率92.5%。     

近临界区碳氢燃料传热不稳定规律研究

高超声速飞行器在大气层中高速巡航会遭遇严重的热障问题,采用碳氢燃料对发动机进行主动冷却是解决热障问题可行和有应用前景的解决方案。结合电加热流动传热装置,对碳氢燃料主动冷却的传热规律进行了初步研究。实验结果表明:在近临界区会出现传热不稳定现象,温度和压力脉动明显,并且伴有尖啸声音;当流体远离近临界区,碳氢燃料传热稳定。     

高触变性高密度凝胶碳氢燃料的制备及性能

采用有机凝胶剂(Gn)和气相二氧化硅(SiO_2)分别与HD-01、HD-03、HD-03-I、QC四种纯液体高密度燃料制备了相应的凝胶碳氢燃料,研究了所需凝胶剂Gn和SiO_2的最小添加量,测定了凝胶碳氢燃料的密度、黏度、热值等基础物理性质。考察了其热稳定性、离心稳定性、长期存储挥发性等稳定性能,以及流变性能。结果表明,至少添加6%SiO_2才能使纯液体高密度燃料形成凝胶碳氢燃料,而Gn最小添加量不大于1%,且Gn对燃料本身的密度和热值几乎没有影响;Gn凝胶碳氢燃料在-40℃低温保存、长期室温存储或高速离心后无液体渗出现象;Gn凝胶碳氢燃料的黏度随剪切速率增加而明显下降,接近纯液体燃料黏度;通过扫描电镜发现Gn凝胶剂在燃料中可自组装形成三维纤维网状结构,搅拌或高温(150℃)可破坏该结构,静置或降温又可恢复,使得Gn凝胶碳氢燃料具有明显优于SiO_2凝胶燃料的流变性和触变性,更利于管道运输和雾化。     

超临界碳氢燃料流动换热不稳定性研究综述

简要概括了碳氢燃料的自身特点和相对于普通燃料的优势,介绍了物质的超临界状态和碳氢燃料在超临界压力下的热物性变化规律.针对超临界压力下碳氢燃料流动换热不稳定性现象,总结了引发不稳定振荡的3种主要类型:声学型、转捩型和物性型,详细介绍了3种振荡类型的特点和引发机理,以及取得的研究成果.在此基础上,介绍了目前3种不稳定振荡抑...     

吸热型碳氢燃料模型化合物裂解性能研究

高超声速飞行使飞行器表面热负荷急剧增加,要求燃料作为推进剂供给飞行器动力的同时满足冷却要求.不同燃料的物理热沉相差无几,利用吸热型碳氢燃料的裂解反应获得热沉势在必行.在这种条件下,单纯的热裂解已不能满足要求,引发及催化裂解作为提高燃料裂解性能的途径成为研究热点.本实验分别以正十二烷、异辛烷和甲基环己烷作为模型化合物,对...     

碳氢燃料爆轰波胞格结构的实验研究

在实验的基础上，对碳氢燃料云雾爆轰波胞格结构的影响因素进行讨论分析认为：初始温度的变化对胞格尺寸的影响较小；胞格尺寸随初始压力的降低而增大；稀释气体使碳氢燃料的爆轰波胞格尺寸增大，在稀释气体达到一定浓度后，胞格尺寸将迅速增大；起爆能的增大可以导致更加复杂的爆轰波次胞格结构出现。     

碳氢燃料云雾直接起爆感度的实验研究

在立式激波管中采用升降法和烟迹技术实测了几种碳氢燃料-空气混合物直接起爆的临界起爆能和云雾爆轰波胞格尺寸.分析了云雾爆轰作用机制数据,结果表明燃料气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈一"U"形曲线关系,临界起爆能的最小值点所对应的当量比稍大于1,这与气相爆轰结论是一致的;用胞格尺寸来衡量这几种燃料云雾爆轰相对感度的结果与临界起爆能的结论是一致的.     

高能含硼HTPB富燃料推进剂工艺性能改善研究

通过XPS、FTIR和粘度测试等实验手段,证实硼粉表面杂质H3BO3、B2O3与HTPB反应生成硼酸酯,引起凝胶化反应是导致硼粉/HTPB不相容的根本原因.采用硼粉表面处理和团聚成球工艺消除了硼表面杂质与HTPB的不良聚合反应,解决了推进剂中固体填料不合理的级配关系,使推进剂药浆5h表观粘度小于500Pa·s,适用期大于16h,突破了高能含硼HTPB富燃料推进剂工艺难题.     

高能发射药有效安定剂消耗反应动力学研究

对不同温度(95℃、85℃、75℃和65℃)下分别老化不同时间的高能硝铵发射药、太根发射药和硝基胍发射药进行了有效安定剂含量的跟踪测试。通过数据分析获得了有效安定剂消耗反应的动力学参数Ea、lnA和最可几机理函数g(α)。结果表明,g(α)=-ln(1-α)能够较好地描述高能发射药中安定剂的消耗反应,回归相关系数大于0.98,置信度大于95%。高能发射药中有效安定剂消耗反应的活化能在110~160 kJ.mol-1之间,高能硝胺发射药安定剂反应的活化能高于太根发射药,硝基胍发射药介于两者之间。     

离子液体中挂式四氢双环戊二烯的合成

制备了卤化烷基咪唑、卤化烷基吡啶类氯铝酸离子液体,并以其为催化剂和反应介质,通过桥式四氢双环戊二烯(endo-THDCPD)的异构化反应合成了挂式四氢双环戊二烯(exo-THDCPD)。系列氯铝酸离子液体中endo-THDCPD几乎完全转化为exo-THDCPD。50℃,三氯化铝与氯化1-甲基-3-丁基咪唑的摩尔比为1.5,离子液体与桥式四氢双环戊二烯的摩尔比为1.0,3 h,收率98.3%;三氯化铝与氯化丁基吡啶的摩尔比为1.8,离子液体与桥式四氢双环戊二烯的摩尔比为0.5,3 h,收率97.8%。分离后的离子液体重复使用五次,其催化活性保持不变。离子液体中的异构化反应不需溶剂,收率高、易分离。     

微米锆粉的热氧化过程研究

为探究微米锆粉的热氧化过程,进行锆粉氧化反应动力学分析,通过激光粒度分析、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等方法对所研究锆粉颗粒的粒径分布、微观形貌、元素含量以及物相特征进行了研究。通过热重分析法(TG)和差示扫描量热法(DSC)开展了不同升温速率的氧化过程研究,得到不同升温速率下锆粉氧化的DSC-TG曲线,进一步分析得到锆粉热氧化的动力学参数以及反应模型。结果表明,锆粉样品的粒径主要分布在15～46μm,颗粒形状不规则,且主要包含Zr元素,锆粉颗粒主要物相为金属Zr;锆粉氧化过程可以分为初始氧化,加速氧化、剧烈氧化和反应平衡四个阶段;锆粉的非等温氧化过程符合随机成核和随后生长模型函数,其积分表达式为G (α)=[-ln(1-α)]~(5/2)。因此微米锆粉热氧化反应动力学的活化能E_a为175.83 kJ·mol~(-1),指前因子A=1.91×108s~(-1),反应速率常数k=1.91×10~8exp(-2.1×10~4/T)。     

燃料-空气两相爆轰相对敏感度的研究

立式激波管中实测了几种碳氢燃料-空气混合物直接起爆的临界起爆能和云雾爆轰波胞格尺寸.数据表明,燃料气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈一"U"型曲线关系,而最小临界起爆能则在富燃料一侧,这与气相云雾爆轰结论是一致的.采用爆轰波胞格尺寸衡量这几种燃料云雾相对爆轰敏感度的结论和临界起爆能也是一致的.     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质与爆轰性能的理论研究

在B3LYP／6-31G水平上对四氢双环戊二烯（THDCPD）的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0．001e·bohr^-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C-N键,而不是骨架C-C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

肼类燃料与NO2气相抽氢的反应动力学模拟

为了分析肼类燃料与NO2气相反应过程中着火延迟期的影响因素,采用密度泛函理论对反应过程进行了模拟,主要对肼(N2H4)、甲基肼(MMH)与偏二甲肼(UDMH)3种肼类燃料的反应活性、活性位点以及抽氢反应过程的势能面与反应速率常数进行了计算.结果表明,3种肼类燃料中UDMH的最高占有轨道与最低空轨道能量差最小,为0.20522 eV,表明UDMH的活性最大,因此与NO2反应的最快,符合其着火延迟期最短的特性;确定了3种肼类燃料的活性位点,N2H4活性位点为N(1)或N(4),MMH活性位点为N(1),UDMH活性位点为N(1);对3种肼类燃料的反应活性位点进行抽氢反应的计算,UDMH的反应势垒最小,为3.589 kJ·mol-1,反应速率常数最大,为9.81×105 L·s-1·mol-1,符合其着火延迟期最短的特性,得出在肼类燃料中,与NO2反应的抽氢反应势垒越小,反应速率常数越大,着火延迟期越短.     

四氢双环戊二烯硝基衍生物的热力学性质

在B3LYP/6-31G水平上对四氢双环戊二烯(THDCPD)的系列硝基衍生物进行了几何构型优化和振动频率计算,并采用统计热力学原理求得不同温度下的热容及焓。通过设计等键反应,获得了各衍生物的标准生成焓。用Monte-Carlo方法和自编程序,基于0.001 e.bohr-3等电子密度面所包围的体积空间求得分子平均摩尔体积和理论密度。以理论计算得到的密度和标准生成焓为基础,用Kamlet-Jacobs方程估算标题物的爆速和爆压。计算结果表明,THDCPD硝基衍生物的总能量与硝基数目有很好的线性相关性,且桥式异构体衍生物的稳定性普遍高于挂式;预计其热解引发键始于C—N键,而不是骨架C—C键的均裂;其焓随温度升高急剧增大,而热容随温度上升其增幅则逐渐减小;随衍生物中硝基数目增多,其爆速和爆压等计算值迅速增大。     

气相色谱/质谱法测定JP-10的成分及纯度

用气相色谱/质谱法(GC/MS)分析了4种航空燃料JP-10的成分。研究了色谱的线性范围。用外标法测定了JP-10燃料的纯度。结果表明,航天燃料JP-10中除了主体成分外式-四氢双环戊二烯,还有十氢萘、內式-四氢双环戊二烯、金刚烷及它们的甲基化产物等杂质。外标法定量适宜的浓度范围为0.5~20 mg·m L-1。外标法定量可靠,准确,可用于JP-10的纯度测定。