アルミニウム燃焼制御のための包括的反応モデルの構築と実証

铝燃烧控制综合反应模型的构建与论证

• 批准号: 22K03944
• 负责人: 小口 達夫
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03944/
• 关键词: 燃焼合成; 反応機構; 反応モデリング; アルミニウム; 金属酸化物; 気相反応モデル; 気相材料合成; 酸化アルミニウム; 推進剤; 固体燃料

本研究では，高温耐性材料として様々な場面で用いられるアルミナ微粒子の気相合成や推進系燃料として検討されているアルミニウムの酸化過程に焦点を絞り，その燃焼中の挙動や，気相から凝縮相へと核形成が進む過程の反応速度論的に観察し，理論で構築された詳細反応モデルを実験的研究から検証し，更に高精度なモデルを構築することを目的としている。研究計画初年度においては、実験的検証の準備として反応測定装置の基本設計と構築を実施するとともに、並行してこれまでの研究に基づいて不足していると考えられる反応系の探究を推進した。特にAl/CO系の素反応過程に注目し、従来全く検討されていなかった素反応について、段階を追って追跡し、量子化学計算に基づいてその実効性を検討した。その結果、気相反応過程においては、Al原子はCOと直接反応するものの、反応中間体としてAlCOを主として生成するほかに有効な経路はみつからなかった。そこで、AlCOが反応する相手を検討した結果、Al+AlCO, AlCO+AlCO が有効な経路として発見された。これらの反応から生成する中間体は複数の候補があり、それらについても網羅的に探索した結果、最終的な生成物としてはAl2CO, Al2 が有力な候補となったが、気相中でAlがCOのみと反応しアルミニウム酸化物を生成する有効な経路はいまのところ発見されていない。そのため、O2が共存する場合や、Al/CO2系の影響を含んだ反応機構の検討を進める必要があることがわかった。

这项研究的重点是氧化铝细颗粒的气相合成，这些颗粒在各种情况下（例如高温抗材料）以及铝的氧化过程，该过程正在作为推进燃料进行研究，并在燃烧过程中以燃烧和核定相反应的核对构建的核定过程和核定的核定过程进行了研究，并以动力学的方式进行了研究。构建一个更准确的模型。在研究项目的第一年中，对反应测量设备的基本设计和构建进行了准备，以准备实验验证，同时，研究人员被提升为探索基于先前研究所缺乏的反应系统。特别是，我们专注于AL/CO系统的基本反应过程，并逐步追踪了以前从未研究过的基本反应，并根据量子化学计算检查了它们的有效性。结果，尽管Al原子在气相反应过程中直接与CO直接反应，但除了主要产生Alco作为反应中间体外，没有发现有效途径。因此，在检查了Alco对Al+Alco和Alco+Alco的反应的合作伙伴后，被发现是有效途径。从这些反应产生的中间体有几个候选者，并且由于全面的搜索，AL2CO和AL2成为最终产品最有可能的候选者，但没有有效的途径可以在气相中与CO单独反应以形成氧化氧化铝。因此，已经发现，有必要研究涉及AL/CO2系统的反应机制，当O2共存和Al/CO2系统的影响时。

项目成果

Theoretical investigation for reaction mechanism of Al/CO/O2 system

Al/CO/O2体系反应机理的理论研究

• 发表时间: 2023
• 作者: N. Yonetani;T. Oguchi
• 通讯作者: T. Oguchi