凝胶单液滴蒸发燃烧特性试验研究

摘要

凝胶是一种兼顾了固体推进剂安全稳定、可贮存及液体推进剂推力可调节等优点的新型推进剂，在未来的航天任务中具有广泛应用前景。凝胶的半固体化性质主要是通过添加一定含量的胶凝剂实现的，但同时相比于液体燃料，凝胶的流动性降低，这极大的改变了凝胶在发动机中的雾化特性及燃烧特性，同时由于添加了胶凝剂，凝胶由原来单一的液体燃料变为均质的两相混合燃料，这也极大的改变了凝胶的蒸发燃烧特性。因此，开展凝胶单液滴的燃烧试验、蒸发试验，总结凝胶单液滴的蒸发燃烧规律，进而推测凝胶在发动机中的雾化燃烧特性，对进行凝胶发动机的总体设计具有重要意义。
　　本文对自行制备的煤油凝胶及含硼煤油凝胶单液滴的蒸发过程和燃烧过程进行了试验研究。通过高速摄影系统观察记录了凝胶单液滴蒸发燃烧过程中出现的气泡产生、胶凝层形成、微爆等现象。结合试验现象与试验结论，归纳了凝胶燃烧过程的一般规律，解释了其作用机理。通过对含硼煤油凝胶液滴的燃烧过程进行研究，发现硼颗粒的燃烧主要集中在微爆发生阶段。而后分析了不同胶凝剂含量、不同硼颗粒含量对凝胶液滴燃烧过程的影响规律。
　　采用氙灯加热系统研究了煤油凝胶及含硼煤油凝胶液滴在不同温度下的蒸发过程。通过对液滴的粒径变化曲线及温度变化曲线进行分析，结合试验现象，从相分离的角度解释了液滴的蒸发过程作用机理。利用氙灯发出连续光谱及煤油在特定光谱下发生拉曼散射这一性质，明确观察到了凝胶液滴胶凝层逐渐形成、不断膨胀并最终破裂的过程。
　　最后对比研究了无水乙醇液滴与酒精液滴的燃烧过程，进一步研究微爆的作用机理。通过改变液滴的初始粒径，研究了单液滴蒸发燃烧过程中微爆发生的条件。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 试验系统

2.1凝胶制备与单液滴生成

2.2试验设备

2.3小结

第三章 凝胶单液滴燃烧特性试验研究

3.1引言

3.2试验概述

3.3试验结果及分析

3.4小结

第四章 凝胶单液滴蒸发特性试验研究

4.1引言

4.2试验概述

4.3试验结果及分析

4.4小结

第五章 凝胶单液滴燃烧过程微爆现象研究

5.1引言

5.2试验概述

5.3试验结果与讨论

5.4小结

第六章 结束语

6.1全文工作总结

6.2对未来工作的展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果