濕空氣環(huán)境下鎂金屬藥柱釋氫性能模擬研究

趙妍陽, 李 裕, 田忠霖, 李瀟瀟, 崔 劍

(中北大學 化學與化工學院, 山西 太原 030051)

0 引 言

鎂金屬藥柱是水沖壓發(fā)動機的主要能源燃料[1-2], 其燃燒性能決定著水沖壓發(fā)動機的綜合性能, 周杰等[3]、薛曉中等[4]的研究發(fā)現(xiàn), 推進劑中鎂金屬燃料的含量越高, 水沖壓發(fā)動機在能量和速度方面就具有越大的優(yōu)勢。因此, 研究水反應金屬燃料技術具有極其重要的現(xiàn)實意義。Miller[5]深入研究了基于水下推進的水沖壓發(fā)動機問題, 并采用高壓給氣方法研究了Mg/H2O等水反應金屬燃料的特性[5]。劉迎吉等[6]研究了二茂鐵類燃速催化劑對含鎂鋁富燃料推進劑一次燃燒性能的影響。黃海濤[7]通過工藝加工性能和燃燒性能優(yōu)化篩選出鎂基水反應金屬燃料推進劑的最優(yōu)配方。張?zhí)煊覽8]利用FactSage軟件進行了鋁水反應熱力學理論研究。

鎂金屬藥柱的化學性質活潑, 在運輸和存貯過程中極易與空氣中的氧氣和水汽發(fā)生反應, 導致其燃燒性能降低[9-12]。鎂金屬藥柱與濕空氣中的水汽反應屬于典型的氣固反應類型, 可采用氣固縮芯模型進行研究。關于氣固縮芯模型的研究, Levenspiel[13]給出了描述液體與球形固體顆粒接觸和反應的非均相反應的傳統(tǒng)計算模型。Razavi-Tousi等[14]考慮了非線性擴散系數(shù)和粒度增長的影響, 提出了一種改進的收縮核模型。Wang等[15]提出了一個水化模型來估計水泥水化過程中的放熱率, 該模型進一步考慮了溫度對水化速率的影響。迄今為止, 幾乎沒有關于鎂金屬藥柱與濕空氣中水汽反應的縮芯模型的研究, 本文通過反應縮芯模型對鎂金屬藥柱的釋氫性能進行模擬并通過實驗進行驗證, 以期為鎂金屬的安全運輸和存貯環(huán)境提供理論依據(jù)。……