背景
航空燃料的发展经历了漫长的历史过程,归结起来每一次航空发动机的历史变革都会带来航空燃料的迅猛发展和革新,发动机的性能改进和变革会对燃料产生更高的性能要求,从而推动了航空燃料的发展。从无发动机的飞行系统中的人力动力源,到内燃机系统中的航空柴油动力源, 到活塞式发动机系统中的航空汽油动力源,到喷气式发动机系统中的喷气燃料动力源,到超音速发动机系统中的高密度碳氢燃料,再到新能源发动机系统中的生物燃料或太阳能动力源,也就是说航空燃料的发展史是由航空发动机的发展衍生而来的[1]。目前液体碳氢燃料是航空航天发动机的重要燃料，但其密度较小、热值低、推进能力较差。随着高性能飞行器的发展，对燃料的推进能力提出了更高的要求。高密度燃料具有较高的体积密度及热值，可在不改变燃料箱的前提下快速提高燃料的热值[2]。高密度燃料无法直接从石油中提取，当前常用的JP-9，JP-10及T-10等燃料均采用人工方法合成。随密度增加，高密度燃料的冰点和粘度急剧增加，采用化学方法很难再进一步提高其热值及密度。与液体碳氢燃料相比，硼做为一种添加剂用于SFRJ的聚合物燃料, 由于它的容积燃烧热为碳氢燃料的三倍[3]。并且硼的化学性质介于金属和非金属之间, 既能与金属又能与非金属化合生成各种硼化物。由于这种特殊的 性质,硼和硼化物被广泛地应用于工业、农业、国防、尖端科学，医学等领域。硼的分布很广,是地壳中最重要的元素之一。硼具有非常高的质量热值 ( 59. 3M J/kg )和体 积热值 ( 131. 6kJ/cm3 ) ,远高于铝、镁等金属 ,是固体推进剂理想的金属燃料 ,特别适用于固体火箭冲压发动机的富燃料推进剂。[4]所以硼这个元素引起了广大研究者的注意[5]。
本研究将采用静电喷雾法[6]制备含纳米硼及聚合物的颗粒，并将其分散在航空煤油中，制备出硼基纳米流体燃料，从而降低硼的点火温度，同时提高液体燃烧的能量密度。
研究概况
Tyagi等[7]通过研究添加铝和氧化铝纳米粒子来改善柴油的点火性能。使用不同类型的燃料混合物，添加不同粒度（15和50nm）以及不同体积分数（0％，0.1％和0.5％）的纳米颗粒。对于每种类型的燃料混合物，在固定高度和相同条件下将几个液滴滴在热板上，并且基于点燃的液滴的数量记录该燃料的点燃概率。这些实验在688-768℃的几个温度范围内重复进行。观察到包含纳米颗粒的燃料混合物的标记可能性明显高于纯柴油。说明了添加铝和氧化铝纳米粒子可以改善柴油的点火性能。Gan等[8]研究了含有添加硼和铁颗粒的纳米流体燃料的燃烧特性。确定了颗粒材料，加载速率和基础燃料类型对悬浮质量和燃烧性能的影响。比较了稀释和致密悬浮液的燃烧行为，致密纳米悬浮液的结果表明，当所有液体燃料都被消耗后，大多数颗粒在后期燃烧成大的团块。如果液滴火焰提供的能量不足，有时这种团块可能不会燃烧。对于稀释悬浮液，燃烧特性的特征在于同时燃烧液滴和颗粒。Xie等[9]对于具有相同负载的悬浮液，随着基础流体的导热率的增加，增强的导热率降低。实验数据和理论模型之间的比较表明纳米管悬浮液的热导率似乎非常依赖于纳米管和液体之间存在的界面层。Gan等[10]发现含有多壁碳纳米管（MWCNTs）或碳纳米颗粒（CNPs）的乙醇基纳米流体的蒸发速率均高于纯乙醇的蒸发速率。另外，添加MWCNT的乙醇燃料具有比添加CNP或铝（Al）的更高的液滴温度和更高的蒸发速率。王琪等[11]采用悬滴法研究了在高温条件下纳米铝粉质量分数及粒径对乙醇基纳米流体燃料液滴着火特性及燃烧过程的影响。研究结果表明，与乙醇燃料相比，添加粒径50nm铝粉，质量分数为0.5%,和2.5%,的乙醇基纳米流体燃料液滴的着火延迟时间分别降低0.315s和0.525s，着火点分别降低12.712℃和 42.214℃．增大纳米铝粉粒径至100nm，当添加的铝粉质量分数为 2.5%,时，其液滴着火延迟时间比乙醇降低了0.42s，两种粒径的纳米流体燃料着火点相近．乙醇及乙醇基纳米流体燃料液滴燃烧火焰分为3个阶段：着火燃烧阶段、火焰熄灭阶段和二次燃烧阶段．随纳米铝粉含量增加，在二次燃烧阶段纳米流体燃料液滴火焰亮点增多，火焰燃烧剧烈，其中含50nm 铝粉的纳米流体燃料比含100nm 铝粉的纳米流体燃料燃烧剧烈。
Javed等[12]研究了在高环境温度下，各种浓度的铝纳米颗粒（NPs），对庚烷基纳米流体液滴自燃和燃烧特性的影响。结果表明，随着温度升高，点火延迟时间的减少取决于液滴中NPs的含量。NP质量浓度（0.5％）获得的总活化能比纯庚烷液滴的小，NP质量浓度（2.5％和5.0％），其获得活化能比纯庚烷液滴的大。并且，在较高温度下，n-Al/庚烷液滴的点火延迟与纯庚烷液滴的点火延迟差不多。与纯的稳定的庚烷液滴的燃烧相比，n-Al/庚烷液滴的燃烧不符合经典的d2定律。无论NPs浓度如何，n-Al/庚烷液滴都表现出多次膨胀和破裂或微爆炸的破坏性燃烧行为。在较低温度（600-700℃;）下，n-Al/庚烷液滴的平均气化（燃烧）速率与纯庚烷液滴的平均气化（燃烧）速率相等;但是，在较高的温度（750-850℃;）下，n-Al/庚烷液滴的平均气化（燃烧）速率明显快于纯庚烷液滴的燃烧速率。阚伟民等[13]发现了液体燃料加入纳米颗粒后，在相同热平板温度下的着火概率明显提高，其增幅主要受纳米颗粒的大小，形状，以及体积分数的影响，而与纳米颗粒的材质无关。在一定范围内纳米颗粒浓度越大，着火概率提升效果越明显，纳米颗粒的几何形状对着火概率的提升有着重要的影响。纳米颗粒在相变界面不断堆积，局部颗粒浓度急剧增加导致相变界面附近液体沸点发生变化。以上研究均表明了添加纳米颗粒对流体燃烧性能的影响。Wang等[14]通过稳态平行板法测量流体和纳米尺寸颗粒的混合物的有效导热率。发现纳米粒子流体混合物的热导率高于基液。使用混合物的有效热导率的理论模型，证明了纳米颗粒流体混合物的预测热导率远低于测量数据。韩伟康等[15]采用挂滴法研究了纳米铝粉及表面活性剂(油酸)浓度对正庚烷基纳米流体燃料着火特性的影响，用热电偶测量了管式 电阻炉内温度为500℃时液滴及其附近的气相温度随时间的变化。结果表明，随油酸浓度增加，纳米流体燃料的着火温度显著升高；随纳米铝粉浓度增加，纳米流体着火温度明显降低。
研究内容
硼基纳米流体燃料性能的研究，找出燃烧性能最好的配方设计。保证添加硼基纳米之后的流体燃料可以更容易达到着火点，燃烧更充分。
研究方法
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