アルミニウム燃焼制御のための包括的反応モデルの構築と実証

铝燃烧控制综合反应模型的构建与论证

• 批准号: 22K03944
• 负责人: 小口 達夫
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03944/
• 关键词: 燃焼合成; 反応機構; 反応モデリング; アルミニウム; 金属酸化物; 気相反応モデル; 気相材料合成; 酸化アルミニウム; 推進剤; 固体燃料

本研究では，高温耐性材料として様々な場面で用いられるアルミナ微粒子の気相合成や推進系燃料として検討されているアルミニウムの酸化過程に焦点を絞り，その燃焼中の挙動や，気相から凝縮相へと核形成が進む過程の反応速度論的に観察し，理論で構築された詳細反応モデルを実験的研究から検証し，更に高精度なモデルを構築することを目的としている。研究計画初年度においては、実験的検証の準備として反応測定装置の基本設計と構築を実施するとともに、並行してこれまでの研究に基づいて不足していると考えられる反応系の探究を推進した。特にAl/CO系の素反応過程に注目し、従来全く検討されていなかった素反応について、段階を追って追跡し、量子化学計算に基づいてその実効性を検討した。その結果、気相反応過程においては、Al原子はCOと直接反応するものの、反応中間体としてAlCOを主として生成するほかに有効な経路はみつからなかった。そこで、AlCOが反応する相手を検討した結果、Al+AlCO, AlCO+AlCO が有効な経路として発見された。これらの反応から生成する中間体は複数の候補があり、それらについても網羅的に探索した結果、最終的な生成物としてはAl2CO, Al2 が有力な候補となったが、気相中でAlがCOのみと反応しアルミニウム酸化物を生成する有効な経路はいまのところ発見されていない。そのため、O2が共存する場合や、Al/CO2系の影響を含んだ反応機構の検討を進める必要があることがわかった。

在这项研究中，我们重点关注作为耐高温材料在各种情况下使用的氧化铝细颗粒的气相合成，以及被视为推进燃料的铝的氧化过程。项目的目的是观察成核过程的反应动力学，通过实验研究验证理论构建的详细反应模型，构建更准确的模型。在研究计划的第一年，我们进行了反应测量装置的基础设计和建造，为实验验证做准备，同时推动了对以往研究中被认为缺乏的反应系统的探索。 。我们特别关注Al/CO体系中的基元反应过程，逐步追踪过去未曾研究过的基元反应，并基于量子化学计算检验其有效性。因此，尽管Al原子在气相反应过程中直接与CO反应，但除了主要生成AlCO作为反应中间体之外，没有发现其他有效途径。因此，考虑到与AlCO反应的伙伴，发现Al+AlCO和AlCO+AlCO是有效的途径。这些反应生成的中间体有多种候选者，经过综合寻找，Al2CO、Al2成为最有希望的最终产物候选者，但尚未发现仅与CO反应生产氧化铝的有效途径。因此，发现有必要研究反应机理，包括O2共存的情况以及Al/CO2体系的影响。

项目成果

Theoretical investigation for reaction mechanism of Al/CO/O2 system

Al/CO/O2体系反应机理的理论研究

• 发表时间: 2023
• 作者: N. Yonetani; T. Oguchi
• 通讯作者: T. Oguchi