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研究生:陳司穎
研究生(外文):Szu-YingChen
論文名稱:表面觸媒反應對W2煤油基燃料/過氧化氫自燃點火影響觀測
論文名稱(外文):A Study of the Effect of Surface Catalytic Reaction on the Autoignition of H2O2/W2(Kerosene) Propellant System
指導教授:袁曉峰袁曉峰引用關係
指導教授(外文):Xiao-Feng Yuan
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:觸媒過氧化氫自燃現象點火延遲時間
外文關鍵詞:CatalystAuto-ignitionHydrogen PeroxideIgnition Delay
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自燃點火對火箭推進來說是一項重要的特性。但傳統具有自然特性的推進劑組合如MMH/NTO具有高毒性及高腐蝕性,對推進系統及人體皆具傷害,因此本研究選擇以95%過氧化氫(H2O2)及煤油基燃料(W2)作為推進劑組合,進行自燃特性實驗觀察。以醋酸錳作為觸媒所調配之煤油基燃料W2雖然具備高熱值,但其可溶解的觸媒含量低,影響過氧化氫分解速率,因此本研究設計異相觸媒(銀觸媒、白金觸媒、二氧化錳觸媒)平板測試件,以瞭解異相觸媒對過氧化氫分解的增進情形。在平板點火實驗中,從實驗結果觀測到點火前的現象分成三部分:推進劑混合區、推進劑液態反應釋熱區及氣相反應點火區;實驗結果同時討論操作條件對點火延遲時間之關聯性,觀察過氧化氫同時在均勻相觸媒與異相觸媒作用下自燃點火現象。實驗中以總流量6g/s、O/F=3為基準與其他實驗狀態作比較,得到總流量提升會縮短點火延遲時間、二氧化錳表面觸媒對縮短點火延遲時間現象明顯的結論,銀觸媒及白金觸媒則無明顯功能。實驗亦顯示在平板重複點火實驗中,均態觸媒反應後形成錳氧化物,附著於平板表面對過氧化氫具有強烈的活性,有助於縮短點火延遲時間,並穩定點火延遲現象。
Hypergolic effect of propellants is an important characteristic for rocket propulsion. Traditional hypergolic propellant system, such as MMH/NTO, is toxic and corrosive. This research chooses 95% Hydrogen peroxide (H2O2) and W2 to be the research subject for their low toxicity and corrosion. W2 is a Kerosene base fuel mixed with manganese acetate, which has high heating value and Isp when works with H2O2 in rocket propulsion. However, its catalyst content is limited so as to have a relatively long auto-ignition delay time in contact with hydrogen peroxide. Flat plates of silver (Ag), platinum (Pt) and manganese dioxide (MnO2), work as heterogeneous catalysts are adopted in this research to analyse the improvement of the auto-ignition of H2O2/W2 system. By varying the total liquid flow rate, O/F ratio, and heterogeneous catalyst, the ignition delay times are compared and analyzed. The experimental observation shows the ignition process can be divided into three stages: liquid mixing, liquid phase heat releasing reaction, and gas phase ignition reaction. The result shows when the total mass flow rate is increased, the ignition delay time decreases that may cause by the better mixing of the two liquid, and, heterogeneous catalyst of MnO2 do effectively improve the auto-ignition of H2O2/W2 system, however, Ag and Pt do not. The experiments also show the powder-like manganese oxides from reactions depositing on the solid surface strongly activates the decomposition of hydrogen peroxide.
摘要 i
Abstract ii
致謝 v
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機 5
第二章 理論分析 6
2.1觸媒反應基本原理 6
2.2過氧化氫分解機制 6
2.3研究目的 7
2.4研究方法 8
第三章 實驗設備及設計原理 10
3.1實驗設備 10
3.1.1推進劑燃料 10
3.1.2過氧化氫純化系統 10
3.1.3表面觸媒平板 11
3.1.4推進劑供應及流量控制系統 11
3.1.5點火實驗系統 12
3.1.6資料擷取系統 12
3.2觸媒平板設計原理 13
第四章 實驗結果與討論 15
4.1冷流觀察 15
4.1.1推進劑的噴注角度及流量範圍選擇 15
4.1.2平板流場之平均流速分析 16
4.2點火概述 17
4.3點火延遲時間之分析 18
4.4流量變化對平板點火熱流場及點火延遲時間之影響 19
4.4.1無觸媒平板流量變化對平板點火熱流場及點火延遲時間之影響 19
4.4.2流量變化於不同表面觸媒平板流場中對熱流場及點火延遲時間之影響 21
4.5不同表面觸媒對平板點火熱流場及點火延遲時間之影響 23
4.5.1表面觸媒種類對過氧化氫分解情況之觀測 23
4.5.2不同觸媒平板對點火延遲時間之影響 25
4.6低流速之平板點火觀測 26
4.7平板重複使用對點火延遲時間的影響 27
第五章 結論與未來工作 29
5.1 結論 29
5.2 未來工作 30
參考文獻 31
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12.J. TAFFANEL AND LE FLOCH, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris, 156(1913) 1544; 157(1913) 469,595.

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