炭素やホウ素といった高エネルギ密度燃料粒子の燃焼完結に不可欠な条件に関して

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高エネルギ密度燃料と呼ばれる高い発熱量を有する固体の元素は,推進薬の高性能化に寄与しうる燃料として注目されている.ここでは,高エネルギ密度燃料が加熱された後,燃焼へと移行しうる条件について,数値的・解析的に調べている.検討対象として取り上げた固体は固体炭素で,石炭燃焼の基礎研究でも用いられてきたがゆえに,他の物質に比べて燃焼特性が格段によく把握されており,ここではこれを高エネルギ密度燃料のモデル燃料として用いている.その結果,初期粒径,雰囲気温度,圧力,酸素濃度などがある値以下となると,燃焼時間が急増することが数値計算により見出された.また,初期加熱が終了し温度が準定常状態に到達した粒子に対して,可燃性気体の自己着火と同様の解析手法(漸近解析法)を適用することにより,表面反応が活性化されうる条件や粒径の下限界が解析的に導出された.さらに,初期粒径,酸素濃度,雰囲気圧力から構成される包括パラメタも導出され,しかも,これが雰囲気温度のみの関数となっていることが判明した.その上,本解析結果は,文献中の実験結果と傾向ならびに概略値が一致しており,本解析が現象の本質を捉えていることが明らかになった.また,ホウ素粒子の燃焼に関しても,粒子表面に形成される酸化被膜が高温で除去された後の燃焼状況では,炭素粒子の燃焼と全く同様な取扱いが可能で,限界粒径ならびに包括パラメタが同様に求められたし,解析結果と文献中の実験結果とは傾向ならびに概略値の一致が確認された.
2013-02-00

炭素やホウ素といった高エネルギ密度燃料粒子の燃焼完結に不可欠な条件に関して

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