GOALI: Development of Next Generation Microcombustor-Thruster Using Anisotropic Nano-Coating

GOALI:利用各向异性纳米涂层开发下一代微燃烧器推进器

基本信息

  • 批准号:
    1706777
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-15 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Micro-combustors are critical components in micro-power systems for small and portable power generation as well as for use in micro-thrusters, thrust vector control, small aerial vehicles and small satellites. One of the big challenges in micro-combustors is to achieve stable combustion and minimize the thermal losses. Aiming to address this challenge, this project plans to develop thermal barrier coatings with a highly-anisotropic thermal conductivity to minimize the heat loss and enhance flame stability in micro-combustors. Development of high-performance micro-combustors is also expected to greatly benefit many areas of industrial sectors, including thrust vector control, gas turbine engines, rocket engines, diesel engine, and portable power sources, since they all have similar challenges. This project include a multi-year undergraduate research component for the University of Maryland's prestigious Gemstone Program. Involving these undergraduate and graduate students in this project will help enhance their interests in science and technology by offering these students research training opportunities to gain hands-on research experiences. Web-based education and international education will also further broaden the international impacts of the proposed research and educational activities.This project will explore means to develop and deposit a novel and innovative nanostructured thermal barrier coating with a highly anisotropic thermal conductivity on the inside walls of sub-millimeter-scale micro-combustor. This type of thermal barrier coating is able to enhance heat recirculation along the combustor surface while minimizing the heat loss through its surface, therefore promoting flame stability. The proposed approach will expand the flame stability limits and enhance the combustion efficiency and thermal performance in micro-combustors. Efficient thermal management with efficient heat exchange between the exhaust gases and fresh reactant mixture is critical in the micro-combustors. In the proposed multilayer thermal barrier coating, the thermal conductivity in the cross-plane direction will be significantly reduced by interfacial resistance between the nanosheets to values below 1 W/mK. Additionally, these thermal barrier coatings will have high resistance to oxidation corrosion and decomposition. This project will influence the development of the next-generation of miniature scale combustors and propulsion devices for use in terrestrial and space applications.
微型燃烧器是微型和便携式发电的微功能系统中的关键组件,以及用于微型直动,推力矢量控制,小型航空车辆和小卫星的重要组件。微型燃烧器的最大挑战之一是实现稳定的燃烧并最大程度地减少热损耗。为了应对这一挑战,该项目计划开发具有高度动物的热导率的热屏障涂层,以最大程度地减少热量损失并增强微型强化器的火焰稳定性。预计高性能微型燃烧器的发展也将极大地使工业领域的许多领域受益,包括推力矢量控制,燃气轮机发动机,火箭发动机,柴油发动机和便携式电源,因为它们都面临着类似的挑战。该项目包括马里兰大学享有声望的宝石计划的多年本科研究组成部分。通过为这些学生提供研究机会以获得动手研究经验,使这些大学的本科生和研究生参与该项目将有助于增强他们对科学和技术的兴趣。基于Web的教育和国际教育还将进一步扩大拟议的研究和教育活动的国际影响。该项目将探索在次级米尔米尺度微型体制的内壁上,开发和沉积具有高度各向异性导电率的新颖和创新性纳米结构的热屏障涂层。这种类型的热屏障涂层能够增强沿燃烧器表面的热循环,同时最大程度地减少其表面的热量损失,从而促进火焰稳定性。所提出的方法将扩大火焰稳定性极限,并提高微型燃烧器的燃烧效率和热性能。在微型燃烧器中,排气和新鲜反应物混合物之间有效的热量管理和有效的热量交换至关重要。在拟议的多层热屏障涂层中,通过纳米片之间的界面电阻到低于1 w/mk的值,跨平面方向上的热导率将显着降低。此外,这些热屏障涂层对氧化腐蚀和分解具有很高的耐药性。该项目将影响微型量表燃烧器和推进设备的下一代发展,以用于陆地和空间应用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Boron-Nitride Nanosheet-Based Thermal Barrier Coating for Micro-Combustor Performance Improvement
用于提高微型燃烧器性能的氮化硼纳米片热障涂层
  • DOI:
    10.1115/1.4052734
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yang, Bao;Hu, Liangbing;Ping, Weiwei;Roy, Rishi;Gupta, Ashwani K.
  • 通讯作者:
    Gupta, Ashwani K.
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  • DOI:
    10.1007/s11708-019-0608-0
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhaorui Zhao;Bao Yang;Z. Xing
  • 通讯作者:
    Zhaorui Zhao;Bao Yang;Z. Xing
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