化学计量比的计算方法与应用

化学计量比是指化学反应能完全发生所需要反应物的相对计算量。在相关的文献中，通常讨论的是质量当量比φ。例如在反应x Al＋y氧化剂中，φ表示为

式中

式中，MAl和MOxide分别代表铝和氧化剂的相对分子质量；SAMPLE表示所涉及的纳米铝热剂比例；ST表示化学计量比。化学计量比与铝热剂的品种有关，如表3.3所示。事实上，每个纳米铝颗粒的表面都会钝化形成一层氧化铝薄膜，因此在计算氧燃质量比时必须考虑纯度（P）。

燃料和氧化剂质量比计算公式如下：(www.xing528.com)

表3.3　不同铝热剂体系的氧燃质量比

可以通过调整化学计量比使铝热剂达到最大能量密度［SON 07b，SAN 07，BOC 05］。应当指出的是，在许多研究中，铝热反应是在空气环境中进行的，这就意味着环境的氧气也有可能参与了反应，这可能会改变化学计量比的最佳值。目前还无法精确测量空气与铝反应放出的这部分热量。因此，铝热剂成分最佳配比往往是Al燃料多一些，即φ＞1。

Dutro等［DUT 09］通过测试反应的传播速度和输出压力研究了Al／MoO3纳米铝热剂化学计量比对体系燃烧特性的影响。原料包括直径为80 nm的球形纳米铝颗粒，以及约为30 nm×200 nm的片状MoO3，铝热剂投料比从Al含量超过5%（95%的MoO3）到Al含量为90%（10%的MoO3）。测试结果揭示出三种不同的燃烧机理：铝含量在10%～65%时，燃烧火焰高速稳定传播（速率为100～1 000 m／s）；铝含量接近70%时，燃烧火焰不稳定并加速传播；在铝含量为75%～85%时，燃烧火焰低速稳定传播（速率为0.1～1 m／s）。铝含量＜10%的贫燃体系或＞85%的富燃体系火焰无法传播。他们认为在接近化学计量比时，火焰传播模式是超声速对流，而对于富燃混合物，传播模式是爆燃热传导。这说明化学计量比对铝热反应具有较大的影响，在制备铝热剂时必须予以考虑。