一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法技术

本发明专利技术公开了一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法，包括：将提取离子液体和掺混燃料进行混合，得到混合型自燃离子液体；取氧化剂倒入自燃型离子液体着火实验系统的氧化剂液池中；调整液滴发生器针头与氧化剂液池液面间的距离；计算得到液滴发生器产生的液滴在高度L时的速度；移开氧化剂液池上的玻璃片，驱动液滴发生器产生均匀大小的掺混燃料液滴，并滴入氧化剂液池中；分别记录混合型离子液体与氧化剂反应过程的宏观图像、微观图像和温度变化，并进行处理和分析数据；根据实验分析结果，判断是否发生自着火现象。本发明专利技术利用与自燃型离子液体互溶的燃料作为添加剂合成混合型离子液体燃料方法，降低自然量离子液体的成本。体的成本。体的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法


[0001]本专利技术属于新型液体推进剂燃料合成及着火安全性领域，具体为一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法。

技术介绍

[0002]自燃型液体推进剂中燃料与氧化剂相互接触后能够迅速着火，与固体推进剂相比，比冲更大，可多次点火；而相较于非自燃型液体推进剂，自燃型液体推进剂可常温贮存运输，无需低温设备，且与之相匹配的发动机结构简单。因此，自燃型液体推进剂在航空航天领域内具有将为广阔的应用前景。
[0003]目前，航天领域应用最广的自燃型液体推进剂是肼及其衍生物类燃料，如甲基肼
‑
四氧化二氮、偏二甲肼
‑
红烟硝酸等。但肼类燃料毒性极强，在火箭制造及发射过程中会带来人员和环境的损害。因此，寻找肼类燃料的绿色替代物一直是航空航天领域的热点问题之一。
[0004]自燃型离子液体是一类能够取代肼类燃料的绿色推进剂，其常温下为液体盐，不易挥发、稳定性好，推进性能优良，燃烧时仅释放出无毒气体。离子液体推进剂液体操作区间更宽，可满足不同高、低温环境下的发射要求。而对于自燃型离子液体主要的缺点为生产成本高，是常规肼类燃料的40多倍。因此迫切需要新的合成途径降低自燃型离子液体的成本，且需要对新合成的离子液体的着火安全性进行评估。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法，利用与自燃型离子液体互溶的燃料作为添加剂合成混合型离子液体燃料方法，降低自然量离子液体的成本；利用自燃型离子液体着火实验系统结合高速摄像和温度测量技术，分析评估混合型自燃离子液体的着火安全性。上述方法和系统简单、安全，经济性好。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案来实现：
[0007]一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法，包括以下步骤：
[0008]1)确定离子液体与掺混燃料的体积比为V
l
:V
c
，混合液体总量为V，提取V
×
(V
l
/(V
l
+V
c
))mL离子液体，提取V
×
(V
c
/(V
l
+V
c
))mL掺混燃料，将提取离子液体和掺混燃料进行混合，得到混合型自燃离子液体；
[0009]2)取1/2液池体积的氧化剂倒入自燃型离子液体着火实验系统的氧化剂液池中，将液池置于升降台上，并将氧化剂进行密封；
[0010]3)利用液滴发生器抽取混合型自燃离子液体，并将液滴发生器固定在位移台上，通过位移台和升降台调整液滴发生器针头与氧化剂液池液面间的距离为Lm；
[0011]4)根据动能定理公式mgh＝1/2mv2，计算得到液滴发生器产生的液滴在高度L时的速度为v＝(2gL)
1/2
m/s；
[0012]5)移开氧化剂液池上的玻璃片，驱动液滴发生器产生均匀大小的掺混燃料液滴，并滴入氧化剂液池中；
[0013]6)分别记录混合型离子液体与氧化剂反应过程的宏观图像、微观图像和温度变化，并进行处理和分析数据；
[0014]7)根据实验分析结果，判断离子液体与掺混燃料比为V
l
:V
c
、液滴速度为v时，是否发生自着火现象；若发生着火，增加升降台高度，减小液滴与液池间的距离至L1，重复实验步骤3)
‑
6)，直至混合型离子液体不发生着火现象，此时的液滴速度为自着火临界速度；若未发生着火，降低升降台高度，增加液滴与液池间的距离至L2，重复实验3)
‑
6)，直至混合型离子液体发生着火现象，此时的液滴速度为自着火临界速度。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，所述的自燃型离子液体为阴离子咪唑类离子液体、唑硼阴离子类离子液体或硼氢类离子液体。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，所述的掺混燃料为甲醇、乙醇、丙二醇或硝基甲烷。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，所述的氧化剂为发烟硝酸、红烟硝酸或双氧水。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，所述的自燃型离子液体着火实验系统包括升降台、氧化剂液池、位移台、光源、液滴发生器、第一高速相机、第二高速相机、第三高速相机、第一计算机、第二计算机和第三计算机；氧化剂液池置于升降台上，光源用于高速相机补光拍摄，液滴发生器固定在位移台上，且可以三维立体调整位置，三个高速相机分别与对应的计算机相连，同步触发同时记录数据。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，所述的升降台为连续可调，步长为1mm，最高可升高200mm。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，所述的液滴发生器产生的液滴尺寸通过使用不同的针头可调，直径范围为2
‑
200mm。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，所述的第一高速相机侧向放置，拍摄速度为10000fps，第二高速相机与第一高速相机近似并列放置，拍摄速度为400fps，第三高速相机配有长焦显微镜头，与第一高速相机呈90
°
放置，拍摄速度为10000fps。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，所述的实验分析结果为对混合型自燃离子液体与氧化剂反应过程的宏微观图像以及温度变化进行观察，根据图像是否出现明火及温度是否有升高进行判断是否发生着火。
[0023]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0024]1)通过向自燃型离子液体中掺混可互溶的液体燃料，其推力与纯自燃型离子液体相当，但其合成成本明显降低，且随着添加的液体燃料比例的增加而继续降低，成本可节约30％
‑
60％。
[0025]2)同步控制三台高速相机对混合型自燃离子液体与氧化剂反应过程进行多维度信息观测，可获得燃料与氧化剂接触过程的宏观、微观动态变化过程以及温度变化信息。能够更加清晰的认识自燃型离子液体的着火过程，评估其安全性。
[0026]3)液滴发生器产生的为单液体，直径较小仅有2
‑
200mm，发生爆炸等危险情况的概率低，实验安全性高。
[0027]4)液滴与氧化剂液池液面间的距离可通过位移台和升降台双向调整，实验操作简单，距离可精确控制，调整范围广。
附图说明
[0028]图1为本专利技术自燃型离子液体着火实验系统的结构示意图。
[0029]图2中(a)
‑
(c)为本专利技术实施例在55％EMIM[DCA]和45％硝基甲烷混合型自燃离子液滴在500mm高度下的宏微观着火图像及温度变化曲线。
[0030]图3中(a)
‑
(c)为本专利技术实施例在55％EMIM[DCA]和45％硝基甲烷混合型自燃离子液滴在352mm高度下的宏微观着火图像及温度变化曲线。
[0031]图4中(a)
‑
(c)为本专利技术实施例在55％EMIM[DCA]和45％硝基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型自燃离子液体合成及着火边界确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定离子液体与掺混燃料的体积比为V
l
:V
c
，混合液体总量为V，提取V
×
(V
l
/(V
l
+V
c
))mL离子液体，提取V
×
(V
c
/(V
l
+V
c
))mL掺混燃料，将提取离子液体和掺混燃料进行混合，得到混合型自燃离子液体；2)取1/2液池体积的氧化剂倒入自燃型离子液体着火实验系统的氧化剂液池中，将液池置于升降台上，并将氧化剂进行密封；3)利用液滴发生器抽取混合型自燃离子液体，并将液滴发生器固定在位移台上，通过位移台和升降台调整液滴发生器针头与氧化剂液池液面间的距离为Lm；4)根据动能定理公式mgh＝1/2mv2，计算得到液滴发生器产生的液滴在高度L时的速度为v＝(2gL)
1/2
m/s；5)移开氧化剂液池上的玻璃片，驱动液滴发生器产生均匀大小的掺混燃料液滴，并滴入氧化剂液池中；6)分别记录混合型离子液体与氧化剂反应过程的宏观图像、微观图像和温度变化，并进行处理和分析数据；7)根据实验分析结果，判断离子液体与掺混燃料比为V
l
:V
c
、液滴速度为v时，是否发生自着火现象；若发生着火，增加升降台高度，减小液滴与液池间的距离至L1，重复实验步骤3)
‑
6)，直至混合型离子液体不发生着火现象，此时的液滴速度为自着火临界速度；若未发生着火，降低升降台高度，增加液滴与液池间的距离至L2，重复实验3)
‑
6)，直至混合型离子液体发生着火现象，此时的液滴速度为自着火临界速度。2.根据权利要求1所述的一种混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨猛，费立涵，汤成龙，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：