铝纳米颗粒氧化程度对Al/JP-10纳米流体燃料稳定性及燃烧性能的影响机制研究

本文结合实验与分子动力学（MD）模拟，系统探讨了不同氧化程度的铝纳米颗粒（ANPs）对Al/JP-10纳米流体燃料稳定性及点火燃烧性能（IACP）的影响。研究发现，未氧化的ANPs在JP-10中分散性更佳，而氧化度增加会导致颗粒团聚加剧、燃料稳定性下降，并显著延长点火延迟时间（达36.8%）。此外，ANPs的氧化会抑制内核铝的反应活性，阻碍燃烧过程中铝团簇的形成峰值，且在高温（3000 K）下Al2O3对JP-10燃烧具有显著催化作用。该研究为高能量密度纳米流体燃料的设计提供了重要理论依据。

　　

Highlight

通过实验和反应分子动力学（ReaxFF-MD）模拟相结合的方法，研究了不同氧化程度的铝纳米颗粒（ANPs）对铝/JP-10（Al/JP-10）基纳米流体燃料稳定性和点火燃烧性能（IACP）的影响。未氧化的ANPs在JP-10燃料中分散性更好。然而，随着ANPs氧化程度的增加，它们在JP-10中的团聚现象加剧，降低了Al/JP-10燃料的稳定性。特别是，Al/JP-10（ANPs）体系的活化能也随之增加，导致JP-10燃料的点火延迟时间延长了36.8%。此外，ANPs的氧化部分抑制了内核铝的反应，延迟了铝团簇形成峰值的出现，从而阻碍了纳米流体燃料的燃烧行为。在2000 K时，ANPs的氧化抑制了JP-10的热分解，而在3000 K时，Al₂O₃对JP-10燃烧表现出最显著的催化影响。

Section snippets

Experimental materials

ANPs购自上海毛果纳米技术有限公司，其平均粒径为50 nm，活性铝含量为90%。JP-10和Al₂O₃购自上海阿拉丁试剂有限公司。在制备纳米流体燃料之前，为了获得部分氧化的ANPs（Ox-ANPs），将0.3 g ANPs放入马弗炉中，在773 K下煅烧16小时。然后取出并研磨成粉末，得到部分氧化的Ox-ANPs，其活性铝含量通过...

Stability of Al/JP-10 nanofluid fuels

纳米级金属颗粒在烃类燃料体系中的均匀分散和稳定存在是评估纳米流体燃料稳定性的标准之一。这种稳定性直接影响燃料的储存、运输及IACP。采用ReaxFF-MD模拟来模拟JP-10与不同尺寸（3、4和5 nm）颗粒之间的相互作用。图2显示了具有不同特性（即ANPs、Ox-ANPs和Al₂O₃）的颗粒在JP-10中的运动状态。

Conclusions

通过结合实验和ReaxFF-MD模拟，研究了具有不同铝氧化程度的Al/JP-10纳米流体燃料的稳定性和IACP。主要结论如下：

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  (1) Al/JP-10（ANPs）纳米流体燃料比Al/JP-10（Ox-ANPs）和Al₂O₃/JP-10（Al₂O₃）燃料表现出更好的稳定性，因为Ox-ANPs或Al₂O₃颗粒相对较大的尺寸降低了布朗运动的强度。Ox-ANPs和Al₂O₃颗粒也阻碍了...的形成。