激光推进及其应用国家重点实验室, 装备学院, 北京 101416
为了进一步揭示等离子体强化甲烷点火过程的化学动力学机理, 设计和搭建了介质阻挡放电等离子体激励空气的实验系统, 实验测量了在空气中介质阻挡放电等离子体激励器产生的发射光谱, 利用光谱技术分析了等离子体激励空气产生的若干活性粒子, 给出了零维均质点火模型以及敏感性分析和化学路径分析的计算方法, 模拟了不同初始温度下NO和O3对甲烷点火延迟时间的影响, 并分析了活性粒子NO和O3强化甲烷点火的化学动力学过程。 研究表明: 介质阻挡放电等离子体激励空气主要产生N2和O2的若干激发态粒子, 并最终转化成存活时间较长的活性粒子NOx和O3, 等离子体对甲烷点火过程的影响可以简化成活性粒子NOx和O3对甲烷点火过程的影响; CH3的氧化速率决定了甲烷点火过程的快慢, 在自点火过程中CH3的氧化路径是反应式R155和R156, 初始温度较低时R155和R156的反应速率慢, 所以甲烷的点火延迟时间长; NO缩短点火延迟时间是由于CH3的氧化路径由自点火过程中的反应式R155和R156改为反应式R327 CH3O2+NO=CH3O+NO2和R328 CH3+NO2=CH3O+NO; O3强化甲烷点火过程同样是由于O3改变CH3的氧化路径, 从化学动力学上缩短点火延迟时间。
等离子体 光谱分析 点火延迟时间 化学动力学 敏感性分析 甲烷 Plasmas Spectrum analysis Ignition delay time Chemical kinetics Sensitivity analysis Methane
装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
利用发射光谱测量技术分析了介质阻挡放电等离子体激励空气产生的主要活性粒子, 利用零维等离子体动力学模型模拟了甲烷/空气中放电阶段主要活性粒子的演化规律, 并通过敏感性与化学路径分析研究了O原子影响甲烷点火过程的化学动力学机理。研究表明: 空气中介质阻挡放电等离子体主要产生N2和O2的激发态粒子, 激发态粒子的数密度随着电压的增加而增大; 激发态粒子经过一系列物理化学反应最终转化成若干自由基, 其中O原子的摩尔分数最大; O原子缩短甲烷点火延迟时间一个量级, 原因在于添加O原子后甲基(CH3)的氧化途径由自点火过程中的经O2直接氧化为CH3O和CH2O转变为经HO2和O原子氧化为CH3O和CH2O, 由于后者的基元反应速率快, 因而明显缩短了点火延迟时间。
等离子体 发射光谱 氧原子 点火延迟时间 化学动力学 plasma emission spectrum O-atom ignition delay time chemical kinetic effect 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032037
西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室, 陕西 西安 710065
采用CO2激光点火的方法，研究了Al粉与RDX、Al粉与HMX、Al粉与CL-20混合物在不同激光功率密度作用下的点火特性，探讨了Al粉粒度、Al/RDX比例以及不同高能炸药对混合物点火性能的影响。实验结果表明，在本实验的激光功率密度条件下，Al粉与RDX等高能炸药混合物的点火均首先发生在试件表面，点火延迟时间随着激光功率密度增加呈现递减的趋势。在较低功率密度条件下，Al粉的粒度和Al/RDX比例对微米Al/RDX混合物的点火影响较大，随着激光功率密度的增加，影响减弱；含纳米Al粉的混合物点火延迟时间短于含微米Al粉的混合物，且点火反应更剧烈。相同激光功率密度条件下，含纳米Al粉与RDX的混合物(M-QR)、纳米Al粉与HMX的混合物(M-QH)、纳米Al粉与CL-20混合物(M-QCL)的点火延迟时间顺序为tM-QR>tM-QH>tM-QCL，最小点火能量的顺序为EM-QR>EM-QH>EM-QCL，与3种高能炸药的最小点火能量的顺序EHMX
激光技术 物理化学 点火延迟时间 激光点火 Al粉与炸药混合物
1 四川大学原子与分子物理研究所， 四川 成都610065
2 四川大学化学工程学院, 四川 成都610065
利用激波管实验装置由反射激波点火， 在点火温度1 164～1 566 K， 点火压力1.03～1.99 atm， 燃料浓度为1.0%， 当量比为1.0的条件下， 用光谱单色仪、 光电倍增管、 压力传感器和示波器等组成测试系统， 测量了甲基环己烷燃烧过程中主要中间产物OH, CH和C2自由基特征光辐射随时间的连续变化， 并测得了甲基环己烷/氧气/氩气的点火延迟时间。 通过对测量结果的分析， 初步认识了甲基环己烷燃烧反应中几个主要中间产物的光辐射特性及其反映出的甲基环己烷燃烧反应特性。 实验所测点火延迟时间与已报道的实验结果和燃烧反应机理预测结果符合较好。 本文实验结果为构建和验证甲基环己烷燃烧反应机理提供了实验依据。
反应中间产物 发射光谱 点火延迟时间 甲基环己烷 激波管 Reaction intermediate Emission spectrum Ignition delay time Methylcyclohexane Shock tube 光谱学与光谱分析
2011, 31(9): 2521
1 西安近代化学研究所， 陕西 西安 710065
2 中国航天科技集团公司四院四十一所， 陕西 西安 710025
采用CO2激光点火方法，研究了含六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）改性双基(CMDB)推进剂在不同功率密度作用下的点火特性，探讨了Al粉含量和燃烧催化剂对该类推进剂激光点火性能的影响。实验结果表明，在激光功率密度25.5～127.0 W/cm2范围内，不含催化剂的CL-20-CMDB推进剂点火延迟时间随功率密度增加而递减，且点火延迟时间变化逐渐减缓，点火均首先在推进剂表面产生；而含有催化剂推进剂试样的点火延迟时间和点火过程则与功率密度密切相关：在高激光功率密度时，含催化剂的推进剂点火没有发生在推进剂表面，而是在试样表面的气相中，且点火延迟时间增加。Al粉含量对其点火延迟的影响在低激光功率密度时较大，随着功率密度增加影响减弱。
光化学 点火延迟时间 激光点火 改性双基推进剂 六硝基六氮杂异戊兹烷
四川大学原子与分子物理研究所， 四川 成都610065
在化学激波管中利用反射激波进行点火， 采用OH自由基在306.4 nm处特征发射谱线强度的急剧变化标志燃料的着火， 由光谱单色仪、 光电倍增管、 压力传感器和示波器组成测量系统， 测量了正庚烷/氧气的点火延迟时间， 点火压力(1.0±0.1)和(0.75±0.05) atm, 点火温度1 170～1 730 K， 当量比1.0， 得到了在此实验条件下正庚烷/氧气点火延迟时间随温度变化的关系式。 研究结果表明正庚烷/氧气点火延迟时间随温度的增加呈指数减小,点火压力为0.75 atm时， 随着点火温度的增加， 点火延迟时间的变化率要小于1.0 atm条件时。 实验结果为建立正庚烷燃烧反应动力学模型， 验证正庚烷燃烧反应机理提供了实验依据。
发射光谱 点火延迟时间 正庚烷 激波管 Emission spectrum Ignition delay time n-Heptane Shock tube
爆炸科学与技术国家重点实验室,北京理工大学 宇航科学技术学院,北京100081
激光点火延迟时间是激光火工品和激光敏感药剂设计的重要性能参数。通过实验验证了激光点火器输入端结构密封强度设计是减小点火延迟时间和提高时间精度的关键因素。精确测定了B/KNO3点火药的装药密度和压药压力关系及激光点火延迟时间和装药密度的关系,即B/KNO3装药密度随压药压力的增加呈对数关系曲线;B/KNO3激光点火延迟时间随装药密度的增加而呈负指数函数规律减小。通过理论和实验分析得知装药密度对激光点火延迟时间的影响最有可能改变药剂的初始反应区燃烧压力成长。
B/KNO3激光点火药 点火延迟时间 装药密度 B/KNO3 ignition delay time charge density
硼-硝酸钾是一种重要的含能材料，其氧/燃比与药剂的点火和燃烧性能有密切关系。为了掌握氧/燃比与激光点火性能的关系，对不同配比的硼-硝酸钾及其酚醛树脂掺杂物进行激光点火特性实验研究、热力学参数计算分析和热分析。结果表明,硼-硝酸钾的激光点火过程由激光烧蚀、热化学反应和自持燃烧等阶段构成; 随着硼质量分数从30%增加到70%，50%发火的激光点火阈值存在一个最小值，分别为7.6 mJ（m(B)∶m(KNO3)：50∶50）和4.05 mJ（m(B)∶m(KNO3)∶m(酚醛树脂)：40∶50∶5）; 激光点火延迟时间与激光点火能量密度的关系近似为线性递减关系，并且具有较低激光点火能量阈值的配比也具有较短的激光点火延迟时间; 酚醛树脂将B-KNO3的化学反应起始温度从556 ℃降低到548 ℃，化学反应放热量从1.86 kJ/g增大到2.21 kJ/g，提高了激光点火感度和缩短了点火延迟时间。
激光技术 激光点火 点火感度 点火延迟时间 氧/燃比 硼-硝酸钾
