مطالعه واكنش‌هاي سطحي در احتراق ذرات‌فلزي استفاده‌شده در پيشرانه‌هاي‌جامد غني از سوخت

Study of surface reactions in combustion of metal particles used in fuel-rich solid propellants

بررسي تجربي‌ و تجزيه و تحليل عددي تأثير فشار و غلظت ‌اكسيژن روي خصوصيات احتراق پيشرانه‌هاي غني از سوخت آلومينيوم/ منيزيم نتايج مطلوبي در پي دارد. جهت اندازه‌گيري فرآيند احتراق پيشرانه‌هاي غني از سوخت بر پايه‌ي ذرات فلزي آلومينيوم/ منيزيم استفاده از سيستم آزمايشي اشتعال ‌ليزري در مقياس كوچك كارآمد مي‌باشد. نتايج حاصله بيانگر اين است كه با افزايش‌فشار و غلظت ‌اكسيژن، دماي احتراق افزايش‌‌يافته و منجر به انتقال‌گرماي‌ جابه‌‌جايي و بازتاب‌گرماي تابشي شعله به سطح‌ سوزش شده كه در نهايت باعث افزايش نرخ‌سوزش مي‌شود. با افزايش درصد آلومينيوم و كاهش درصد منيزيم، نرخ‌سوزش افزايش مي‌يابد. در كار حاضر يك مدل مبتني بر احتراق ذرات ‌آلومينيوم در هوا ارائه شده است.‌‌ در اين مدل فرض بر اين است كه در مرحله‌اشتعال، واكنش‌هاي ذوب و سطحي ‌ناهمگن تا رسيدن به دماي ذوب اكسيد رخ داده و در مرحله احتراق، يك شعله نفوذي حالت شبه‌پايدار وجود دارد كه امكان استفاده از تقريب ورق‌هاي شعله را فراهم مي‌كند.

Experimental investigation and numerical analysis of the effect of pressure and oxygen concentration on combustion properties of aluminum/magnesium fuel-rich propellants have favorable results. In order to measure the combustion process of fuel-rich propellants based on aluminum/magnesium metal particles, the use of a small-scale laser ignition test system is efficient. The results show that with increasing pressure and oxygen concentration, the combustion temperature increases and leads to the convection heat transfer, reflection radiant heat of the flame to the combustion surface, which ultimately increases the combustion rate. With increasing aluminum percentage and decreasing magnesium percentage, the burning rate increases. In order to understand the distribution of combustion products, a symmetric two-dimensional axial simulation program has been developed. The simulated results show that by increasing the pressure, the Pyrolysised gas penetration is inhibited, thus with the rapid consumption of oxidizing gas, the amount of oxygen lower and the cyanor higher approaching the burning level. In this paper, a model based on combustion of aluminum particles in the air is presented which in this model it is assumed that in the ignition stage, surface melting and heterogeneous reactions have occurred until the melting temperature of the oxide and in the .combustion stage, there is a pseudo-stable state diffusion flame that allows the use of flame sheet approximation