第1章 单体硼点火燃烧特性研究 1
1.1 硼点火燃烧研究现状分析 1
1.2 硼热反应特性 7
1.2.1 试验方法 8
1.2.2 动力学分析 13
1.2.3 粒径影响 15
1.2.4 气流速度影响 16
1.2.5 升温速率影响 16
1.3 一次硼产物点火燃烧特性 17
1.3.1 硼与碳化硼反应的热力学计算研究 17
1.3.2 碳化硼对硼热氧化特性的影响 18
1.3.3 不同配比的碳化硼和硼粉的激光点火特性 20
1.4 包覆及添加剂对硼点火燃烧的影响 22
1.4.1 包覆工艺研究 22
1.4.2 包覆对硼点火燃烧的影响 26
1.4.3 添加剂对硼点火燃烧的影响 29
1.5 展望 31
参考文献 32
第2章 单体硼点火及燃烧理论研究 34
2.1 硼点火燃烧机理研究进展 34
2.1.1 半经验模型之点火模型 34
2.1.2 半经验模型之燃烧模型 36
2.1.3 化学机理模型 37
2.2 硼在氧化性气氛中燃烧的热力学分析 39
2.2.1 计算方法 39
2.2.2 B/O体系 40
2.2.3 B/C/H/O体系 42
2.3 展望 45
参考文献 45
第3章 推进剂用硼粉的热反应特性 47
3.1 富燃料推进剂用包覆硼粉及团聚硼粉的制备 47
3.2 热分析试验 49
3.3 硼粉热分解特性分析 49
3.3.1 气氛及压强对富燃料推进剂用硼粉热分解特性的影响 49
3.3.2 配方对富燃料推进剂用硼粉热分解特性影响 52
3.3.3 各硼粉中硼的转化率分析 55
3.4 硼粉热分解过程分析 59
3.4.1 无定形硼的热分解过程分析 59
3.4.2 团聚硼的热分解过程分析 59
3.4.3 包覆硼的热分解过程分析 60
3.5 小结 61
参考文献 62
第4章 含硼富燃料推进剂一次燃烧参数测试方法及热力学计算 63
4.1 推进剂的制备及部分一次燃烧参数的测试 64
4.1.1 推进剂配方 64
4.1.2 推进剂爆热、燃速和燃烧温度的测试 65
4.2 成气率试验 66
4.2.1 成气率测试装置的设计 66
4.2.2 试验步骤 68
4.2.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧成气率的测试 69
4.3 燃气摩尔数试验 70
4.3.1 燃气摩尔数测试系统的设计 70
4.3.2 某标准推进剂的燃气摩尔数测试 72
4.3.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧燃气摩尔数测试 72
4.4 以试验为约束的热力学计算方法 74
4.4.1 热力计算的理论模型 74
4.4.2 含硼富燃料推进剂的一次燃烧分析及热力计算的基本假设 75
4.4.3 热力计算 76
4.4.4 程序的编制 77
4.4.5 压强对含硼富燃料推进燃烧产物的影响 77
4.4.6 温度对燃烧产物的影响 84
4.4.7 含硼富燃料推进剂燃烧产物分布特性分析 88
4.5 小结 88
参考文献 89
第5章 含硼富燃料推进剂一次燃烧机理研究 90
5.1 试验样品 90
5.2 燃速和爆热的测试及结果 91
5.3 热分析 92
5.3.1 氧化剂AP与各燃料组分的凝相反应分析 92
5.3.2 含硼富燃料推进剂的热分解 95
5.4 燃烧火焰结构单幅照相试验 97
5.5 燃烧波温度分布 99
5.6 骤冷中断燃烧的燃面观察 103
5.7 小结及展望 106
参考文献 106
第6章 含硼富燃料推进剂一次燃烧凝聚相产物的收集及分析确定 107
6.1 一次燃烧产物收集装置的设计 108
6.2 一次燃烧产物收集试验 112
6.3 一次燃烧凝聚相产物的形貌和粒度分析 113
6.4 一次燃烧凝聚相产物的XRD分析 116
6.5 凝聚相产物组分的定量测试 117
6.5.1 测试原理 117
6.5.2 具体实施步骤 119
6.5.3 试验结果及讨论 122
6.6 小结 124
参考文献 125
第7章 一次燃烧产物与空气掺混评估及增强技术研究 127
7.1 国内外发展现状 127
7.1.1 掺混增强技术 129
7.2 掺混评估方法 131
7.2.1 数值仿真方法 131
7.2.2 掺混评估方法 134
7.3 两相分区掺混评价准则 137
7.3.1 冷流掺混与热流掺混的联系与差异 137
7.3.2 掺混效果与燃烧性能的联系与差异 142
7.4 掺混增强技术 148
7.4.1 被动掺混增强技术 148
7.4.2 主动掺混增强技术 154
7.5 小结 168
参考文献 168
第8章 非均匀气流中颗粒点火燃烧过程研究 171
8.1 引言 171
8.2 现有相对静止气氛下模型分析 171
8.2.1 气相控制方程组 172
8.2.2 相对静止气氛下的颗粒相控制方程组 173
8.2.3 相对静止气氛下硼颗粒燃烧过程控制机制分析 173
8.2.4 相对静止气氛下硼颗粒燃烧模型不足分析 174
8.3 强迫对流下燃烧过程物理数学模型 175
8.3.1 基本假设 175
8.3.2 控制方程组 175
8.3.3 边界条件 177
8.3.4 数值仿真方法 180
8.3.5 控制方程组变换推导 182
8.3.6 物性参数和输运参数 183
8.3.7 控制方程组的离散 183
8.3.8 数值求解方法 185
8.4 结果与分析 185
8.4.1 燃烧过程分析 185
8.4.2 气流速度的影响 188
8.4.3 不均匀气流的影响 189
8.4.4 修正系数推导 192
8.5 高速对流下点火过程物理数学模型 193
8.5.1 基本假设 193
8.5.2 控制方程组 194
8.5.3 边界条件 195
8.5.4 相间质量传递模型和能量传递模型 197
8.5.5 数值仿真方法 199
8.6 结果与讨论 201
8.6.1 试验定性模拟分析 201
8.6.2 分析与讨论 202
参考文献 203
第9章 含硼燃气在补燃室条件下的扩散燃烧研究 207
9.1 概述 207
9.1.1 扩散燃烧的概念 207
9.1.2 扩散燃烧机理 208
9.1.3 扩散燃烧国内外研究现状 209
9.2 补燃室条件下扩散燃烧数学模型 211
9.2.1 扩散燃烧的特点 211
9.2.2 气相、凝相流动过程假设与控制方程 211
9.2.3 湍流模型 216
9.2.4 气相燃烧模型 221
9.2.5 凝相燃烧模型 223
9.3 基于King点火燃烧模型的数值模拟 226
9.3.1 硼颗粒点火燃烧模型UDF程序编制 226
9.3.2 物理模型及边界条件 227
9.3.3 模拟结果及对比分析 229
9.4 扩散燃烧的影响因素分析 234
9.4.1 物理模型 234
9.4.2 空燃比对扩散燃烧的影响 234
9.4.3 进气温度对扩散燃烧的影响 241
9.4.4 来流压力对扩散燃烧的影响 243
9.4.5 扩散燃烧影响因素分析 244
9.5 扩散燃烧试验研究 245
9.5.1 试验装置流动相似设计 245
9.5.2 试验设备及试验方案 247
9.5.3 典型试验结果及其分析 248
9.5.4 模拟结果与试验结果对比 251
9.5.5 总结 259
参考文献 259
第10章 补燃室燃烧诊断技术 262
10.1 诊断方法综述 262
10.1.1 静温总温测量方法 262
10.1.2 基于计算机图像处理的温度场测量 267
10.1.3 静压总压测量方法 269
10.1.4 燃烧产物取样技术国内外研究现状 270
10.2 总温静温测量方法研究 275
10.2.1 总温测量方法 276
10.2.2 静温测量方法 280
10.3 总压静压测量方法研究 283
10.3.1 总压测量方法 284
10.3.2 静压测量方法 285
10.3.3 压力测量的校核 287
10.4 燃烧产物取样分析方法研究 290
10.4.1 凝相产物取样技术研究 290
10.4.2 相产物分析方法 291
10.5 三维温度场重建方法研究 297
10.5.1 辐射光谱层析原理 297
10.5.2 补燃室三维温度场重建方法 298
10.5.3 补燃室三维温度场重建试验研究 300
10.6 小结 304
参考文献 305
第11章 固体火箭冲压发动机补燃室掺混燃烧模型研究 309
11.1 绪言 309
11.2 国内外研究现状 309
11.2.1 湍流模型 309
11.2.2 湍流燃烧模型 310
11.2.3 硼颗粒点火、燃烧模型 310
11.2.4 碳颗粒燃烧模型 311
11.2.5 粒壁撞击状态判定模型 311
11.3 补燃室掺混燃烧模型研究 312
11.3.1 粒壁撞击状态判定模型 312
11.3.2 粒壁撞击热效应 313
11.3.3 粒子壁面燃烧／熄火模型 314
11.3.4 颗粒边界加载模型 315
11.3.5 湍流模型 321
11.3.6 湍流燃烧模型 322
11.3.7 入口粒径分布 323
参考文献 325
第12章 基于正交试验的固冲发动机二次燃烧组织技术研究 326
12.1 正交试验在航天领域的应用情况 326
12.2 正交试验设计 328
12.2.1 基本术语 328
12.2.2 正交表 329
12.2.3 交互作用 329
12.2.4 设计步骤 330
12.3 补燃室设计参数正交设计 331
12.4 数值试验结果及分析 335
12.4.1 极差分析 335
12.4.2 方差分析 339
12.5 小结 342
参考文献 342
第13章 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计 344
13.1 固冲发动机掺混燃烧性能研究现状 344
13.2 主要影响因素分析及仿真方法介绍 347
13.2.1 固冲发动机补燃室掺混燃烧影响因素分析 347
13.2.2 掺混燃烧影响因素分析仿真方法简介 348
13.3 补燃室结构对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究 352
13.3.1 直接比较 355
13.3.2 极差分析 355
13.3.3 效应趋势图分析 357
13.3.4 小结 359
13.4 工作参数对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究 360
13.4.1 工作参数对掺混燃烧效率影响仿真结果 360
13.4.2 掺混燃烧性能影响因子分析 362
13.4.3 小结 364
13.5 关键影响因素对固冲发动机掺混燃烧效率的耦合影响研究 364
13.5.1 正交试验方案设计 364
13.5.2 数值仿真结果分析 366
13.5.3 轴向两次进气参数优化数值仿真 369
13.6 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计准则 372
参考文献 373