1-10 二叠氮丙烷点火机理及点火临界条件的光谱研究及分子轨道法估算

胡 栋 李常青 张寿齐 赵玉华 孙珠妹 程新路 王永国 朱连轩

　　有机叠氮化合物的生成热高、燃烧速度快，而且在一定条件下会发生爆炸性分解。它能促使燃料充分燃烧。用分子轨道法计算了二叠氮丙烷分子结构，确定其分子内各原子间的键长、键角与键能。图1列出了计算结果。

　　计算表明C=N键长最长、键能最低，此键是最弱的环节，因此二叠氮丙烷在外激励下首先N₃键断裂生成N₃，即：C₃H₆N₆→C₃H₆N₃+N₃, N₃→N₂+N, N+N₃→N₂+N₂。用比较精确的从头算起法对二叠氮丙烷分子结构进行了计算，计算得到键长、键角、键能和分子轨道法相近，但是分子轨道法所用的机时少，可见分子轨道法还是比较实用的。

　　实验时先在爆炸激波管中充入0.03MPa氢气，然后改变氧含量（0.008～0.045MPa）即可获得不同激励条件和环境条件。研究表明，当氧含量大于等于0.015MPa时，二叠氮丙烷冲击后N₂辐射出现的延迟时间t_i均为零，即冲击后N₂辐射立即出现。但是，当氧含量小于15kPa时t_i均大于零，当NO₂含量为8kPa时，t_i=72μs。NO₂大于15kPa时CH总是比C₂先出现，也就是说在富氧环境下CH总是先出现；NO₂小于15kPa时（即在贫氧环境下），C₂总是比CH先出现。

　　由此可见，利用CH和C₂辐射出现时间的先后可以确定燃料所处的环境，为充分利用燃料提供依据。研究表明：N₂辐射总是先于CH和C₂这两个主要中间产物辐射。它说明正确选择何种产物的辐射对于正确确定燃料冲击点火延迟时间是十分重要的。研究还表明：当激励压力大于1.52MPa后，t_i为零。近似把此压力作为二叠氮丙烷冲击后能立即点火的临界条件：p_c=1.52MPa。当冲击压力大于1.52MPa后，二叠氮丙烷能立即点火。

　　利用氢氧爆轰破膜系统，在激波管中产生冲击波。改变氢氧爆轰参数即可获得不同马赫数及不同冲击温度的冲击波。研究表明：二叠氮丙烷冲击点火延迟时间t_i随冲击马赫数Ma减小而迅速增大。Ma=6时有一个临界值；Ma＞6，t_i约300ms。因此，取临界马赫数Ma_c=6，也就是Ma＞Ma_c时，受冲击的二叠氮丙烷能发生快速反应。按照同样的方法确定的临界冲击温度T_c=2300K。