硼在氧化性氣氛中燃燒的熱力學分析①

席劍飛，劉建忠，楊衛娟，汪 洋，敖 文，周俊虎，岑可法

(浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室，杭州 310027)

0 引言

固體火箭沖壓發動機有著比沖高、結構簡單等優點，這使得它很適合用作戰術導彈的動力裝置。固體火箭沖壓發動機適合使用貧氧推進劑，而硼作為固體貧氧推進劑的燃料有著獨特的優勢。硼的質量熱值為58.28 MJ/kg，分別是鎂和鋁的 2.3 倍和 1.9 倍，它的體積熱值為136.38 MJ/cm3，分別是鎂和鋁的3.09倍和1.66倍。但在實際應用中，由于硼自身的高熔點和高沸點以及它表面的氧化膜B2O3的高沸點，導致其存在點火性能差、燃燒效率低等問題，使得它的熱值不能得到充分利用。因此，國內外學者對硼顆粒的點火和燃燒進行了大量研究［1－8］。1969年，Macek 等［1］對晶體硼顆粒在不同組成的熱空氣中的燃燒進行了深入而系統的研究，實驗中觀察到，硼在空氣中燃燒有2個階段。第一階段，點火至1 800～2 000 K，硼粒子變得發亮，短時間熾熱，隨后熄滅。當環境溫度足夠高時，第二階段燃燒開始，比第一階段明亮且持久許多。70年代，Mohan等［2］對晶體硼和無定形硼顆粒的點火進行了研究，發現晶體硼相對于無定形硼更難點火。晶體硼第一階段燃燒時間相對較長，而無定形硼的燃燒則十分劇烈，接近爆燃程度。王英紅等［3］研究了AP粒度和包覆層對硼燃燒的影響。研究結果表明，AP包覆硼粒子有利于提高推進劑的爆熱，包覆量越大，超細AP含量越多，則爆燃越大。以上主要是從實驗角度對硼顆粒的燃燒進行研究。目前另一個研究重點是從理論上建立硼顆粒點火、燃燒的詳細化學反應動力學模型。……