ADN/甲醇推进剂燃烧反应动力学模型及推力器燃烧过程仿真的研究

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二硝酰胺铵(ADN)作为高能氧化剂,具有毒性低、处理安全性高,不产生可燃性烟雾的特点,在军事、航空、航天等领域具有广泛的应用前景。在航天领域内ADN主要与甲醇按比例混合制成ADN/甲醇推进剂。但是目前对ADN化学反应动力学的理论研究都是针对ADN这单一组分,并没有关于ADN/甲醇推进剂燃烧反应动力学的理论分析及其ADN推力器燃烧过程的仿真研究。为了解决该问题,本文采用数值模拟的方法开展了以下研究工作:应用GaussianO3软件在ADN几何构型得以优化的基础上开展了ADN分子单点能、振动频率和核磁共振谱以及热力学参数的计算。考虑到热力学文件中不包含ADN、二硝胺酸DA和自由基HNNO2这3种组分,所以根据不同温度下它们的焓、熵和比热值,应用MATLAB构建了热力学参数的温度函数,从而求解ADN、DA和HNNO2这3种组分的热力学参数温度函数的系数。对ADN详细化学反应动力学模型进行了生产速率分析(ROP)和敏感性分析,建立了ADN简化化学反应动力学模型。通过对比简化模型与详细模型的计算结果分析了简化模型的预测精度。将ADN的简化模型与CH3OH的氧化反应进行整合从而构建ADN/甲醇推进剂燃烧反应动力学模型。将该模型的计算结果与Gronland等人的实验数据进行对比,验证了两者吻合良好。基于ADN/甲醇推进剂燃烧反应动力学模型,建立了ADN推力器燃烧过程的数学模型,开展了ADN推力器燃烧过程的仿真研究。分析了ADN推力器内燃烧反应的稳态和瞬态结果。总结了预热温度、入口质量流量、燃烧室长度和催化床孔隙率对ADN推力器内压力、温度和重要组分分布的影响规律。
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