引言
双组分发动机中的自燃点火依赖于燃料与氧化剂之间高度放热的化学反应，消除了对外部点火源（如火花塞、热线或电弧）的需求 [[1], [2], [3]]。这不仅简化了点火系统，还增强了推进系统的响应性和点火灵活性。在实际应用中，燃料和氧化剂分别储存并注入燃烧室，在那里它们碰撞、混合然后燃烧。典型的推进剂推进器主要包括冲击射流推进器 [[4], [5], [6], [7], [8]] 和针阀推进器 [[8], [9], [10], [11], [12]]。然而，在自燃点火的实验研究中，由于安全性和可控性问题，冲击射流测试较少进行。相反，自由液滴对或自由液滴与液池的液滴测试已被广泛用于研究双组分推进剂在聚并过程中的自燃点火行为 [[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]]。
从物理上讲，双组分推进剂之间的自燃点火是一个多物理场耦合现象，受流体动力学和化学反应动力学的相互作用支配，可将其指定为非预混燃烧过程。它包含几个相互依赖的阶段，包括液体混合、液相反应和气相反应 [15,20,21]。作为液相反应的前提步骤，液体混合显著影响自燃点火过程，且点火延迟时间 (IDT) 显示与混合速率有明显相关性 [13,15,20,22]。从流体力学角度来看，液滴的混合可能受几个因素的影响，如撞击惯性 [13,21,22]、撞击偏心度 [15,20]、液滴尺寸比 [13] 以及液体的物理性质 [15,17]。尽管双组分推进剂的点火行为已通过使用液滴测试进行了广泛测量 [[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]]，但测试条件很难统一，且底层物理机制相当复杂。
传统自燃双组分推进剂通常采用肼类衍生物，如单甲基肼 (MMH) 和精制石油 (RP-1)，与氧化剂如四氧化二氮 (NTO)、高浓度发烟硝酸或液氧 (LOx) 配对 [2,23]。鉴于毒性和环境风险问题，近年来低毒或绿色推进剂备受关注 [[24], [25], [26], [27], [28]]，高浓度过氧化氢常用作氧化剂。此外，添加高能量金属颗粒或催化剂也被认为是提高双组分推进剂点火性能的方法 [17,[29], [30], [31]]。尽管这些燃料 - 氧化剂组合种类繁多，如表 1 所示，双组分推进剂的一个共同特征是燃料的表面张力和密度远低于氧化剂，因此在自燃点火之前的混合过程不能通过使用单一液体系统来简化。
众所周知，表面张力在界面现象及相关液体混合过程中起着关键作用 [15,17,36]。虽然大多数以前的液滴混合研究集中在单一液体系统上 [37,38]，但二元流体系统物理性质的不匹配可能导致不同的混合过程 [[39], [40], [41]]。特别是，表面张力的不匹配可能诱导马兰戈尼流，从而显著增强二元液体系统中的剪切驱动混合。更具体地说，随着表面能倾向于最小化，发现液滴与较低表面张力液池的聚并会产生攀爬射流 [39] 或类似润湿的帽状结构 [40]，而发现液滴与较高表面张力液池的聚并会产生三阶段铺展 [41]。在作者早期的研究中 [15]，双组分推进剂点火延迟时间随 Weber 数增加的非单调变化 [13]，成功通过碰撞液滴对马兰戈尼驱动混合速率的非单调变化 [15] 得到解释。
上述研究表明，双组分推进剂的自燃点火可能会受到燃料与氧化剂之间固有的马兰戈尼效应的影响，这在过去被忽视且仍未得到充分理解。在本工作中，我们旨在实验探索马兰戈尼效应在自燃双组分推进剂液滴 - 液层测试中的作用。考虑到马兰戈尼流的方向性，涵盖了燃料液滴撞击氧化剂层或氧化剂液滴撞击燃料层这两种代表性情景，最终表现出两种不同的自燃点火模式。以下将从第 2 节到第 4 节依次介绍实验方法、结果与讨论以及结论。
