催化剂微纳孔道内液体推进剂流动与分解反应过程研究

作     者：侯宝林 韩若曦 王晓东 

作者机构：中国科学院大连化学物理研究所 太原理工大学化学与化工学院 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 081705[工学-工业催化] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金面上面上项目(22178331) 中国科学院重点部署项目(KGFZD-145-23-52-1) 

主　　题：Poiseuile流 毛细管 肼分解 扩散 反应 催化剂孔道 传质 

摘      要：；单组元能源属于燃气能源，不同于依赖氧气燃烧释能的常规能源，它是无须空气条件下通过催化分解含能液体化学品生成高温高压气体，流经拉瓦尔喷管产生推力或吹动涡轮输出轴功率。特点是高可靠，快响应，低成本，飞行高度不受限，常被用于为航空航天装备提供轨道维持和应急保障的动力。该类能源动力系统起动时，液体推进剂进入到反应催化内与催化剂接触，并在毛细管力作用下，浸入载体微-纳孔道内被贵金属纳米粒子活化，发生催化分解反应生成高温高压小分子气相。受催化剂孔道结构，尺寸及表面活性影响，孔道内催化分解产气速率大于流体向外运动速度时，内部气相压力会急剧升高，甚至破坏载体毛细孔道结构导致失活。本文采用Poiseuille流描述催化剂孔道内的气相产物流动、毛细管力驱动牛顿第二定律解析气-液界面移动、反应物扩散-反应模型预测产气速率，揭示肼推进剂催化分解反应启动时在催化剂微纳孔道内的流动，催化反应以及气相压力形成过程，解析了启动过程中孔道内压过大导致催化剂破坏失活的物理现象，为单组元推进剂分解用催化剂孔道结构设计开发提供理论基础。