Mg/CO2燃烧过程中碳生成及控制机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51876178
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    63.0万
  • 负责人：
    胡春波
  • 依托单位：
    西北工业大学
  • 学科分类：
    E0604.燃烧学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

During the working process of Mg/CO2 powder rocket, a large amount of carbon will be generated by the heterogeneous reaction between magnesium powder and carbon monoxide. The carbon monoxide is produced by the homogeneous reaction between magnesium and carbon dioxide. The heterogeneous reaction will reduce the test fluid and increase the loss of two-phase flow, which can reduce the working performance of the powder rocket. The generation mechanism of carbon particle will be studied by both theoretical analysis and experimental method. Molecular dynamics simulation will be used to explore the intermediate product under the heterogeneous reaction between magnesium and carbon monoxide. Detailed reaction path and kinetic parameters can be obtained to reveal the generation mechanism of carbon particle. The effects of ambient temperature, concentration of carbon monoxide and particle size on the carbon generation characteristics can be obtained by experiments. Based on the droplet combustion model and the kinetic parameters of Mg/CO reaction, a combustion model of magnesium in carbon dioxide will be established by considering the influencing factors of carbon generation. It can provide a theoretical basis for the establishment of methods for inhibiting the generation of carbon during the combustion of magnesium in carbon dioxide.
在Mg/CO2粉末火箭发动机工作过程中，镁会与均相燃烧产物CO发生表面异相反应，生成大量的碳颗粒。这将会减少气相做功工质，增加发动机内两相流损失，进而影响发动机性能。本项目采用理论分析与实验研究相结合的方法，针对Mg/CO2燃烧过程中碳的生成特性进行研究。采用分子动力学模拟的方法探寻镁与一氧化碳异相反应的中间产物，并获得详细反应路径及动力学参数，揭示碳的生成机理。通过实验方法，研究获得环境温度、一氧化碳浓度以及颗粒粒径对Mg/CO2燃烧过程中碳生成特性的影响规律。基于液滴燃烧模型与Mg/CO反应动力学参数，建立考虑碳生成影响因素的Mg/CO2燃烧物理模型，为镁与CO2燃烧过程中碳生成抑制方法的建立提供理论依据。

结项摘要

碳的生成是镁二氧化碳发动机发展过程中亟待解决的关键问题之一。碳颗粒的生成会减少气相工质，增加两相流损失，从而降低发动机效率。本项目通过实验研究、分子动力学模拟、量子化学计算和理论建模等方法，针对镁二氧化碳的燃烧特性、碳生成机制进行深入研究。.通过分子动力学模拟和量子化学计算，获得了镁的反应路径和机制；结合热分析动力学方法提取并获得镁与一氧化碳/二氧化碳反应的动力学参数。.基于镁颗粒动态点火燃烧实验装置，获得了清晰的镁颗粒燃烧过程图像，并得到了不同环境温度、颗粒粒径及一氧化碳浓度条件下镁颗粒的燃烧和碳生成特性及规律，主要结论如下：.（1）由于Mg表面壳结构强度的不均匀性，颗粒表面Mg蒸气局部喷射燃烧造成了平动和自旋两种基本燃烧形态。对于不同颗粒两者强度占比不同，造成了五种不同的燃烧行为模式；.（2）环境温度的升高会造成Mg参与异相反应的比重随之减小，从而实现Mg/CO2燃烧过程中碳沉积生成量的减少；.（3）CO浓度对燃烧特性的影响是异相反应和均相反应两者相互博弈的结果。较高的CO浓度将导致碳沉积生成量增多，并且导致Mg颗粒燃烬率降低；.（4）小粒径的颗粒将会更快地跃过有利于异相反应进行的低温阶段，更容易发生过热现象，从而抑制碳生成。.基于理论计算和实验成果，构建了镁颗粒在二氧化碳环境中燃烧的数学模型，深入分析了镁颗粒在二氧化碳中的反应过程。根据碳生成特性实验和模型计算结果，分别从推进剂改性和燃烧方案组织两个角度提出了有效抑制碳生成的方法。为Mg/CO2粉末火箭发动机燃烧室设计、燃烧组织等工程技术问题的解决提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Reaction kinetics of an Mg/CO2 power system for Mars exploration
用于火星探测的 Mg/CO2 动力系统的反应动力学
  • DOI：
    10.1016/j.actaastro.2021.12.029
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Acta Astronautica
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Xiaofei Zhu;Yang Li;Peng He;Feng Ren;Zhaoming Sha;Xu Hu;Chunbo Hu
  • 通讯作者：
    Chunbo Hu
Heat-transfer characteristics of CO2 boiling flow in the regenerative cooling channel of an Mg/CO2 powder rocket engine for Mars missions
火星任务Mg/CO2粉末火箭发动机再生冷却通道中CO2沸腾流传热特性
  • DOI：
    10.1016/j.actaastro.2021.08.010
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    ACTA ASTRONAUTICA
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Wei Ronggang;Hu Chunbo;Wu Fuzhen;Hu Jiaming;Zhu Xiaofei;Yang Jiangang;Li Fengchao;Li Chao
  • 通讯作者：
    Li Chao
基于产物分析的铁粉燃烧器燃烧特性实验研究
  • DOI：
    10.13675/j.cnki.tjjs.200622
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    推进技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘世宁;胡春波;胡旭;朱小飞
  • 通讯作者：
    朱小飞
Experimental investigation on the ignition and combustion characteristics of moving micron-sized Mg particles in CO2
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  • DOI：
    10.1016/j.actaastro.2020.01.008
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    ACTA ASTRONAUTICA
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Zhu Xiaofei;Li Chao;Guo Yu;Ao Wen;Liu Shining;Hu Chunbo
  • 通讯作者：
    Hu Chunbo
Application and performance estimation of Mg/CO2 engine on Mars
Mg/CO2发动机在火星上的应用及性能评估
  • DOI：
    10.1016/j.actaastro.2021.12.032
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Acta Astronautica
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Mengzhe Li;Chunbo Hu;Zhiqin Wang;Yue Li;Jiaming Hu;Xu Hu;Chao Li
  • 通讯作者：
    Chao Li

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其他文献

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  • 发表时间：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    张胜敏;胡春波;夏盛勇;李佳明
  • 通讯作者：
    李佳明

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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