镁粉与二氧化碳点火燃烧特性研究
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镁粉与二氧化碳点火燃烧特性研究
火星大气中95.3%为CO<sub>2</sub>气体,为了在火星探测中进行原位资源利用,实现Mg粉/CO<sub>2</sub>稳定点火燃烧,首先根据塑性理论建立了Mg粉/CO<sub>2</sub>点火模型,考虑Mg粉/CO<sub>2</sub>燃烧两步反应,通过不同反应速率模型组合的精度比较,建立了精度较高的燃烧模型。
其次,基于所建立的点火燃烧模型,研究了Mg颗粒粒径、预混气流雷诺数和CO<sub>2</sub>/Mg粉氧燃比对Mg粉/CO<sub>2</sub>动态点火燃烧性能的影响。
在点火模型建立中,将Mg粉/CO<sub>2</sub>点火简化为Mg颗粒表面氧化膜随颗粒温度升高而破裂的过程,以前人的点火实验为依据,按照塑性理论初步建
立了Mg粉/CO<sub>2</sub>点火模型,再以环境压力1atm,Mg颗粒粒径1um、25um、45um和200um时的点火温度为依据,得到氧化膜外径与Mg金属球体半径的关系,从而修正点火模型,使其计算误差小于2%。
在燃烧模型建立中,考虑了Mg粉
/CO<sub>2</sub>燃烧的气相反应和颗粒表面异相反应的两步燃烧反应过程,分
别应用层流有限速率、涡耗散和King的气相反应速率控制模型与颗粒表面异相反应速率控制的有限速率和King模型6种组合进行了动态Mg粉/CO<sub>2</sub>燃烧计算,通过动态Mg粉/CO<sub>2</sub>燃烧实验校验了各燃烧模型计算精度,结果表明气相涡耗散模型和异相king模型组合的燃烧模型的特征温度计算值与实验值基本一致。
应用所建立的点火模型和燃烧模型分别对Mg颗粒粒径5um、10um、15um、
20um和25um,预混气流雷诺数1500、2000、2500、3000和
3500,CO<sub>2</sub>/Mg粉氧燃比1、1.5、2、2.5和3进行了点火燃烧计算,
得到Mg颗粒粒径、预混气流雷诺数和CO<sub>2</sub>/Mg粉氧燃比对点火燃烧
的影响规律:（1）雷诺数和氧燃比相同时,粒径5um时气相反应速率最快,异相反应速率最慢,粒径25um时相反,粒径20um时点火时间最短。
（2）Mg颗粒粒径和
氧燃比相同时,雷诺数1500时气相反应速率和异相反应速率最快,点火时间最短。
（3）Mg颗粒粒径和雷诺数相同时,氧燃比1.0时气相反应速率和异相反应
速率最快,但点火时间最长,氧燃比1.5时点火时间最短。