纳米铝粉在环氧丙烷快速反应催化机理研究

论文摘要

本文从实验和理论两个方面研究了入射激波作用条件下，纳米铝粉在环氧丙烷快速反应机理中的催化作用。依据测定的多个反应产物的出现时间、光谱辐射强度及反应动力学计算，研究了纳米铝粉催化环氧丙烷快速反应机理，并与纯环氧丙烷、微米铝粉作用下环氧丙烷的反应机理进行对比研究。这一研究结果以期对新型燃料空气炸药及其爆炸机理的研究提供新的实验数据。本文从实验和理论两方面进行了较为深入系统地研究。主要研究内容包括： 1．通过自行设计光路分光装置，实现了多台单色谱仪与像增强型电荷耦合器（ICCD）对环氧丙烷快速反应中间产物数据的同步采集，使实验操作简单、灵活，采集所得数据丰富可靠。 2．在爆炸激波管内，对入射激波诱导下的环氧丙烷爆炸特性进行了实验研究。测定了环氧丙烷快速反应中，几个重要中间产物H、CO、CO2、O、CH2O和H2O的出现时间。实验中测定的多个反应产物的出现时间，给出了环氧丙烷快速反应过程中中间反应产物出现的顺序，并进行了动力学计算，分析了反应机理的动力学特征。 3．研究了不同入射激波强度下环氧丙烷快速反应机理。研究结果表明，随入射激波强度增加，中间反应产物出现时间缩短。当入射激波马赫数大于4个马赫时，快速反应过程中多个中间反应产物出现时间明显减小。这表明入射激波强度对其快速反应有明显作用。这一结果可以为气相条件下，含纳米铝粉环

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 纳米铝粉催化环氧丙烷能力研究的必要性
• 1.2 燃料空气炸药的特点
• 1.3 含铝炸药及其爆炸机理的国内外研究概况
• 1.3.1 含铝炸药的爆轰机理
• 1.3.2 纳米铝粉反应凝聚现象研究
• 1.3.3 纳米铝粉反应热变化
• 1.3.4 纳米铝粉反应出现时间的研究
• 1.3.5 含纳米金属粉炸药催化研究
• 1.3.6 纳米铝粉与环氧丙烷选为研究对象的意义
• 1.4 小结
• 1.5 本文研究主要内容
• 参考文献
• 2 实验系统及测试技术
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备
• 2.3 强度定标
• 2.3.1 光谱定标原理
• 2.3.2 系统与方法
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.4 实验定标结论
• 2.5 入射激波产生与传播规律
• 2.5.1 激波管的特征
• 2.5.2 平面激波的形成
• 2.6 实验段激波理论模型
• 2.6.1 入射激波理论模型
• 2.6.2 入射激波传播
• 2.7 信号采集中的同步触发技术
• 2.7.1 信号同步采集
• 2.7.2 实验设备及特征
• 2.7.3 边沿触发方式
• 2.7.4 毛刺触发方式
• 2.7.5 A（主）和 B（n事件）组合触发方式
• 2.7.6 A（主）与B（延迟）组合触发方式
• 2.8 小结
• 参考文献
• 3 环氧丙烷快速反应机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 环氧丙烷的物理化学性质
• 3.3 点火机理的研究
• 3.3.1 环氧丙烷反应产物点火判据
• 3.3.2 部分反应产物出现时间
• 3.4 环氧丙烷快速反应机理的数值模拟
• 3.4.1 环氧丙烷快速反应中部分重要反应产物反应动力学特征研究
• 3.4.2 反应机理主要成分分析
• 3.4.3 反应机理的约化
• 3.5 小结
• 参考文献
• 4. 纳米铝粉催化环氧丙烷快速反应动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 纳米铝粉的特征
• 4.3 部分反应产物出现时间的测定
• 4.3.1 纳米铝粉点火机理
• 4.3.2 出现时间的测定
• 4.3.3 纳米铝粉在环氧丙烷反应温度的计算
• 4.4 纳米铝粉催化环氧丙烷快速反应机理的动力学计算
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 反应动力学计算
• 4.4.3 反应机理分析
• 4.4.4 反应约化原理
• 4.5 主要成分分析
• 4.5.1 主要成分分析原理
• 4.5.2 主要成分分析
• 4.5.3 全反应机理与约化反应机理成分浓度比较
• 4.6 小结
• 5 微米铝粉在环氧丙烷快速反应机理的反应动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 部分反应产物出现时间的测定
• 5.3 微米铝粉在环氧丙烷快速反应机理的反应动力学研究
• 5.3.1 微米铝粉在环氧烷丙快速反应过程中的反应机理
• 5.3.2 微米铝粉可能的反应机理
• 5.4 小结
• 6 环氧丙烷、含纳米铝粉环氧丙烷、含微米铝粉环氧丙烷快速反应机理的比较研究
• 6.1 引言
• 6.2 环氧丙烷、含纳米铝粉环氧丙烷、含微铝粉环氧丙烷快速反应几个重要反应产物出现时间的对比
• 6.3 纳米铝粉与微米铝粉对环氧丙烷快速反应作用比较研究
• 6.3.1 催化作用理论
• 6.3.2 催化反应的活性中心理论
• 6.3.3 纳米铝粉催化理论
• 6.3.4 纳米铝粉催化作用的碰撞理论
• 6.3.5 反应速率
• 6.4 纳米铝粉与微米铝粉反应程度对比
• 6.5 入射激波强度对纳米铝粉催化作用的影响
• 6.6 纳米铝粉催化作用的光谱学对比研究
• 6.6.1 采集系统组成
• 6.6.2 触发
• 6.6.3 铝粉反应区激发温度的计算
• 6.7 小结
• 参考文献
• 7 入射激波作用下环氧丙烷快速反应纳米铝粉凝聚现象的研究
• 7.1 引言
• 7.2 入射激波强度对纳米铝粉凝聚现象的影响
• 7.3 纳米铝粉反应凝聚的机理
• 7.4 纳米铝粉氧化反应机理
• 7.5 存放时间对纳米铝粉催化环氧丙烷快速反应机理的影响
• 7.6 小结
• 参考文献
• 8 总结
• 8.1 本文主要研究内容
• 8.2 本文的主要特色与创新
• 8.3 问题与展望
• 攻读博士学位期间参加的课题及论文发表情况
• 致谢