2016燃烧学年会集文献

(:155-5555-2350,:b 结合多种实验研究了不同镁含量的铝粉在不同温度水蒸汽中的燃烧特性，同时对比了各

海弊端，一种水反应金属开始受到人们的青睐[3]。该具有能量密度大，气体释放量多和反应速率快等优点。表1列出了部分水反应金属的能量参数[4]。表1水反应金属的能量参Table1Energyparametersofsomehydro-reactive1基金项目：国家自然科学基金（No. ,No. 1中可以看出，OOe高i和a，O于低体A/H2O90O应用于水下推进系统受到很多研究者的关注]。但是金属铝表面覆盖一层致密的氧化O3在，进。了的，去O善O度大量研究初始温度对Al/H2O反应性能具有一定影响。Mahmoodi等[13]发现，低101mLmin-1g-1210mLmin-1g-1。Fan等[14]研究了不同水解温度[15]Al-20%Li700℃水蒸汽中反应，研究结果表明，其最大产氢速率高达310mLmin-1g-1。当然，添加剂对Al/H2O燃烧性能也有一定程度的影响。Vasilev等[16]研究了添加剂对Al/H2O混合物点火燃烧性能的影响。结果表明，1~5%NaFKFAl/H2O混合物的点火燃烧性能，而且还提高了其燃烧献[19]Mg/H2O反应易启动，且单位体积成气量大，因此本文采用高温管式炉研究1Al/H2O反应实验装置图，它包括两台高温管式炉、水蒸汽发生装置、1000℃往炉内持续通入水蒸汽，以排气，水蒸汽通过的水蒸汽发生器产生。待炉内温度稳定后，将盛有100mg样品的样品舟送入到2#高温管式炉的位置，其中样品内部埋有S型热电偶用来检测燃烧过程中的温度变化，并通过安捷伦仪待燃烧结束后，收集固相燃烧产物，采用SEM-EDS（SU-70,Japan）和Bruker体和保护气体，升温范围为25~1200℃。1高温Al/H2OFig.1SchematicdiagramoftheexperimentalapparatususedtostudyAl/H2O0wt%0wt%3wt%7wt%10wt% 0wt%0wt%3wt%7wt%10wt% Fig.2Theignitionandcombustiontemperaturecurvesofdifferentsamplesatdifferenthigh(a-800°C,b-900°C,andc-1000提高了燃烧最高温度。但是，一次燃烧阶段产物Al2O3会覆盖在未燃铝粉表面，了—次着火温度二次着火温度—次着火温度二次着火温度一次燃烧最高温度二次燃烧最高温度0

0% 3% 7% 10%Fig.3Ignitiontemperaturesand umcombustiontemperaturesofthesamplesindifferenttemperaturesheated 4的样品在800℃水蒸汽中没有着火，所以在图4中未能涉及其点火延迟时间。48001000℃，未添加镁的样品点火延48.0s26.8s44.23、7、10的24.6s16.9s，9.5s7.1s，5.4s3.1s31.3%、25.3%、24.1%；同时其对应的二次着火延迟时间分%45.044.847.324.619.016.948.027.57.97.126.817.917.83.1点火延迟时间点火延迟时间50% 3% 7% 10%Fig.4Ignitiondelaytimesofthesamplesindifferenttemperatures 烧火焰图像，如图5所示。由图5（a）可以看出，未添加镁的样品在高温水蒸汽中先局部着火，出现耀眼的5s（a-0%Mg；b-3%Mg；c-7%Mg；d-10%Fig.5EvolutionofthecombustionflameofthesamplewithadditionofdifferentcontentsofMgin900°C (a-0%Mg,b-3%Mg,c-7%Mg,andd-10%Mg)..0wt%Mg0wt%Mg3wt%Mg7wt%Mg10wt%42 22.2%TGTGTemperatureFig.6TGcurvesofsolidcombustionproductsofthesampleswithdifferentMg（25℃）开始有质量减少发生，其量很小，其可能是固相产物表面低的杂质或但是考虑到仪器测量温度极限，更高温度情况下的氧化行为无法再研究。各样品的燃烧效率（η）可以根据以下（1）计算得到。（1）中，WG实际度水蒸汽中，不同镁含量样品的燃烧效率的计算结果如表3所示。

WG

Table3CombustionefficienciesofthesampleswithdifferentMgcontentin 800,900,and1000°C,respectivelyWG实际042.949.0320.375.9716.280.815.881.207.690.9322.273.6720.775.418.777.805.593.5311.086.9712.884.813.484.03800℃水蒸汽中不能发生着火，但是其反应效率仍800℃水85.5%90.8%。而添加镁后，铝粉在水蒸汽中的镁水反应释放的热量不足以促进铝粉燃烧，故燃烧效率降低。同时由表3发现，在9001000℃下，随着镁22 221222AlMgAlO232120IntensityIntensity/00 2θ/Fig.7XRDpatternsofproductsofthesamplewithadditionof7%XRD图 Mg+ 性的。%烧产物的形貌。由图7可以看出，未添加镁的样品在800℃水蒸汽中的燃烧产物表面出现大量细小的球形颗粒，这些颗粒主要是未燃的铝粉。当水蒸汽温度升高到900℃时，1.4，这说明产物中水蒸汽温度继续升高至1000℃，产物表面有巨大的裂缝产生，这说明更高温度水蒸汽中铝粉燃烧更加剧烈。由图8可以看出，当镁粉添加量为7%时，不同温度水蒸汽下的燃烧产物出现熔联并团聚一起。在800℃时，测试样品的燃烧产物由长方体棒状物和球形8SEMFig.8SEMmicrographsofthecombustionproductsofAlpowderwithoutadditionof97SEMFig.9SEMmicrographsofthecombustionproductsofAlpowderwithadditionof7%元素元素0%7%0%7%0%7%121212121212C-O - - - - - - 2.510所示，主要包括一次燃烧阶段和Fig.10SchematicdiagramoftheeffectofMgonthereactionprocessofAlpowder g/cm3一方面，氧化膜的铝吸热熔化为液态铝。两者的共同作用使铝颗粒表面氧化壳发生在铝颗粒表面形成氧化帽结构，露的铝核颗粒迅速与水蒸汽发生反应。镁粉燃烧产物MgOAl2O3发生如式（4）MgAl2O4，增大了水蒸汽与铝粉的反应接触面积，但是继续生成的Al2O3仍会包覆在铝颗粒表面水蒸汽的渗入，导致燃烧结结样品的点火燃烧性能影响不同。在800℃水蒸汽中，随镁含量增加，铝粉在水蒸汽% HuangLY,XiaZX,HuJX,etal.Performancestudyofawaterramjetengine[J].ScienceTechnologicalSciences,2011,54(4):877-882HuangHT,ZouMS,GuoXY,etal.ysisofthealuminumreactionefficiencyinahydro-reactivefuelpropellantusedforawaterramjet[J].Combustion,Explosion,andShockWaves,2013,49(5): KielyDH.UnderwaterThermalPropulsion[C]//ProceedingoftheAIAA30thJointPropulsionConferenceandExhibit,1994PangWQ,FanXZ.Applicationprogressofmetalfuelsinsolidpropellants[J].ChemicalPropellants&PolymericMaterials,2009,7(2):1-5(hinese)HuangHT,ZouMS,GuoXY,etal.ReactionsCharacteristicsofDifferentPowdersin CombustionScienceandTechnology,2015,187(5):797- KuehlDK.Ignitionandcombustionofaluminumandberyllium[J].AIAAJournal,1965,3(12):YakoSP,SkachkovVM,ShevchenkoVG.Productionofhydrogenby positionofwaterwithactivatedaluminum[J].RussianJournalofAppliedChemistry,2011,84(1):36-39ZhaoZW,ChenXY,HaoMM.HydrogengenerationbysplittingwaterwithAl-Caalloy[J].Energy,2011,36(5):2782-2787 DupianoP,StamatisD,DreizinEL.Hydrogenproductionbyreactingwaterwithmechanicallymilledcompositealuminum-metaloxidepowders[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2011,36(8):CzechE,TroczynskiT.Hydrogengenerationthroughmassivecorrosionofdeformedaluminuminwater[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2010,35(3):1029-1037SolerL,CandelaAM,MacanásJ.Hydrogengenerationfromwa ndaluminumpromotedbysodiumstannate[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2010,35(3):1038-104FanMQ,XuF,SunLX.Hydrogengenerationbyhydrolysisreactionofball-milledAl-BialloysEnergy&fuels,2007,21(4):2294-MahmoodiK,AlinejadB.Enhancementofhydrogengenerationrateinreactionofaluminumwithwater[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2010,35(11):5227-5232FanMQ,LiuS,WangC.HydrolytichydrogengenerationusingmilledaluminuminwactivatedbyLi,In,andZnadditives[J].FuelCells,2012,12(4):642-648YangW,ZhangT,ZhouJ.Experimentalstudyontheeffectoflowmeltingpointmetaladditivesonhydrogenproductioninthealuminum–waterreaction[J].Energy,2015,88:537-543VasilevAV,GorbunovVV,ShidlovskiiAA.Theeffectofcertainadditivesoncriticaldiamendcombustionratesofmixturesofaluminumwithgelledwater[R].ArmyForeignScienceandTechnologyCenterCharlottesvilleVa,1974ShafirovichE,DiakovV,VarmaA.CombustionofnovelchemicalmixturesforhydrogengenerationCombustionandFlame,2006,144(1):415-SundaramDS,YangV,CormellTL,etal.Combustionofaluminum,