1 引言

粉末发动机作为一类新型发动机，其独特之处在于采用粉末形态物质为燃料或氧化剂，从而使发动机具备多脉冲点火和推力可调的功能。根据燃料和氧化剂配选方案以及发动机使用领域的不同，粉末发动机可分为粉末火箭发动机和粉末燃料冲压发动机两大类。早在20世纪60年代，美国贝尔航空公司就率先开展了Al (Aluminum)/AP (Ammonium Perchlorate)粉末火箭发动机的研究，并成功验证了粉末推进剂输送和发动机点火的可行性^{[1, 2]}，但受限于当时的粉末流化和颗粒燃烧技术，使项目研究一度被搁置。之后随着深空探测和冲压发动机等领域的兴起，粉末发动机因其灵活的能量管理方式再次引起了各国研究者的兴趣，同时发动机类型也发展的愈加丰富，如用于火星探测的Mg/CO₂粉末发动机^[3~5]，粉末燃料冲压发动机^{[6, 7]}以及固体/粉末组合冲压发动机^[8]等，各类粉末发动机相关技术也同时得到了迅速发展^[9~12]。

在粉末发动机研制过程中，粉末推进剂供给系统一直是研究的重点和难点^[13]。针对早期Al/AP粉末火箭发动机，Fricke等设计了一类工业流化床式的粉末推进剂供给装置^[14]，其原理是在粉末储箱中增设活塞结构和流化气进气喷孔，储箱中的粉末推进剂在流化气的携带作用下输送至燃烧室，同时活塞推动粉末向前运动，填补储箱中因粉末输送留下的空隙。流化床式粉末供给系统结构较为复杂，不利于粉末发动机系统集成化和轻质化应用，但大量实验表明该系统具备粉末推进剂稳定输送能力。在上述研究基础上，后续研究者针对不同类型粉末发动机，改进并提出了众多粉末推进剂供给方案。如Meyer简化了流化床式粉末供给系统的活塞结构^[15]，并在活塞端面气孔处均烧结紫铜消声器罩，防止粉末倒流的同时利于流化气的均匀分布；Foote等将结构复杂的流化床式粉末供给系统改进成容积式流化床(PDFB—Positive Displacement Fluidized Bed)供给系统^[16]，Miller等则针对Mg/CO₂粉末火箭发动机，设计了一种采用软管将流化气体输送进粉层的粉末供给系统^[17]，该系统流量调节灵活，但软管置于储箱内无疑会缩减粉末装填量。

国内方面，国防科技大学和西北工业大学等单位都对粉末发动机做了很多有意义的研究工作。如国防科技大学申慧君等针对粉末燃料冲压发动机，设计了一种电机驱动活塞式粉末供给系统^[10]，并利用该粉末供给系统实现了粉末冲压发动机点火和持续燃烧。西北工业大学姚亮等则设计了一种螺旋式粉末供给系统用于Mg/CO₂火箭发动机点火性能的初步研究^[18]。而张胜敏等^[19]亦采用电机驱动活塞式粉末供给系统对Mg/CO₂粉末火箭发动机推力调节性能进行了实验研究。在前期研究基础上，西北工业大学粉末发动机研究课题组为克服螺杆和电机驱动的功率转调性能差、机械配合要求高等不足，设计出了更为简便高效的气压驱动活塞式粉末供给系统，并对该系统进行过大量的供粉测试^[20]，使该供粉系统成功应用于Al/AP粉末火箭发动机^[12]、铝粉燃料冲压发动机^[11]等的点火实验中，取得了良好的效果。

由上述可见，尽管粉末供给系统结构各异，但原理上大同小异，多采用活塞推动结合气力携带的输送方式。在该方式下要将粉末顺利输送进燃烧室，就要保证粉末储箱内压强必须高于燃烧室压强，即储箱内应保持为高压强状态。另一方面，为让发动机拥有较高的密度比冲，粉末推进剂装填率在保证粉末能正常流化和输送情况下应尽可能地高，即储箱内粉末为稠密堆积状态。综合可见，粉末供给系统工作过程中，粉末储箱内为高压气固两相流动，其两相流动形态与特性，将直接影响着粉末输送性能，需对其开展专门系统的探究。而目前公开报道的文献中，对粉末供给系统的研究大多集中在系统结构设计、粉末流量测量^{[13, 20, 21]}、颗粒装填堆积和喷注^[22~25]等方面，对粉末储箱内气固两相流动状态，尤其是活塞作用下高压气固两相流动特性的研究更鲜有报道^[26]，这十分不利于开展高效粉末供给系统的设计研究。

为此，本文针对气压驱动活塞式粉末供给装置，搭建了粉末储箱流化段内气固流动状态的可视化实验系统，拟开展不同压强条件下粉末流化结构的演化规律研究，同时结合压强信号的均方差分析，探讨粉末高压流化机制，为粉末供给系统的工程设计提供参考。

2 实验系统和分析方法 2.1 实验系统

粉末高压流化实验系统及装置分别如图 1和图 2所示。粉末流化系统主要由流化气储气瓶、粉末储箱、储箱转接段、观测窗、气动球阀、压强传感器、节流孔板、粉末收集器和测控系统组成。其中，粉末储箱内活塞采用气压驱动方式，储箱转接段内部为圆转方结构，而观测窗则为方形斜段结构，采用石英玻璃作开窗处理。流化气进气位置设置在观测窗上下斜段处，且进气方向与斜段垂直。气动球阀用于粉末流化输送过程的开启和关停，其响应时间约为50ms，节流孔板用于限制气固两相出口面积，而压强传感器则用于测量粉箱内压强变化，摄像机用于拍摄粉末流化过程及状态。

实验开始前，将粉末储箱及观测窗内均装填满粉末，并水平放置。实验开始时，打开驱动气路和流化气路阀门的同时开启气动球阀，粉末在活塞的推动下不断向前运动，同时流化腔内粉末在气体作用下进行流化，并形成气固两相输送出储箱。为便于调整粉箱内流化压强，气源与流化腔之间无节流孔板，即通过气源减压阀实现流化压强的控制，当流化管路内压强高于流化腔压强时，气源向流化腔内充气，而当流化管路内压强与流化腔压强一致时，则自动停止充气，从而实现流化压强的动态平衡调节。

粉末高压流化实验参数如表 1所示。其中，流化压强为主要影响参数，节流孔板直径和粉末装填率等为不变量。实验采用中性Al₂O₃颗粒作为流化工质，流化和驱动气体均为惰性氮气。

2.2 压强信号分析方法

在粉末流化过程中，由于气源扰动、气体湍流以及气固相间作用等因素综合影响，流化腔内压强会随时间波动变化。通过分析压强波动信号，可以有效地获取粉箱内真实的气固流动状态与特性。

压强波动信号的均方差表征了压强波动偏离平均值的幅度，其值越大，表明粉箱内由各因素综合起来的影响效果越明显。均方差的数学表达式为

$ STD = \sqrt {D\left( p \right)} = \sqrt {\frac{1}{N}\sum\limits_{k = 1}^N {{{\left( {{p_k} - {\mu _p}} \right)}^2}} } $

(1)

式中μ_p和D(p)分别为压强信号p(t)的数学期望和方差，其表达式分别为

$ {\mu _p} = \frac{1}{N}\sum\limits_{k = 1}^N {{p_k}\;\;\;\;\;k = 1,2, \cdots \cdots ,N} $

(2)

$ D\left( p \right) = E\left\{ {{{\left[ {p\left( t \right) - {\mu _p}} \right]}^2}} \right\} = \frac{1}{N}\sum\limits_{k = 1}^N {{{\left( {{p_k} - {\mu _p}} \right)}^2}} $

(3)

3 实验结果分析与讨论 3.1 典型粉末流化过程分析

分别在低流化压强段、高流化压强段以及过渡段选取一典型粉末流化过程进行分析。其中低压(0.43MPa)条件下典型的粉末流化过程如图 3所示。由图可见，粉末运动区域主要集中于粉箱上部，而下部区域基本不受影响，这是由于受重力因素影响，粉箱下部粉末间接触较为紧密，颗粒间形成的空隙较上部要小，气流流经下部所受阻力大于上部，而流体流动更倾向于阻力较小区域，故而在粉箱上部形成气固两相流动。对比不同时刻的流动状态发现，粉箱上部的气固两相流动呈现波动规律，且在粉箱斜段处形成上下两个旋涡结构。

粉末波动与流化气喷入方式有关，由于流化气是垂直于粉箱斜段喷入，其速度可分解为水平和垂直两个方向分量：水平方向上，流化气流动方向与粉末流动方向相对，气流受粉末阻挡，在夹角处形成稀相气固旋涡结构；垂直方向上，气流与粉末流动方向间存在90°夹角，气流虽未受水平方向上粉末直接阻挡，但在垂直方向上却受影响，从而在附近也能形成旋涡流动结构。而水平方向上粉末受气流冲击作用较弱，加之粉箱的流动出口位于旋涡结构下方，致使有更多粉末能进入到旋涡结构中，使颗粒浓度增加，通过对比图 3(f)可观察到两旋涡结构内有明显的颗粒浓度差异。

进一步对比表明，两旋涡结构大小随时间在不断变化，这在于流化压强控制属于动态平衡过程。当粉箱内压强达到预定工作压强时，气源停止向粉箱内供气，流化气携带颗粒流出粉箱会导致粉箱压强降低，继而气源继续向粉箱供气，如此往复，使旋涡结构大小不断变化，进而引起粉末波动，且该流动规律不利于粉末的稳定输送。

图 4为高压(2.5MPa)条件下粉末流化过程。相比低压环境，高压环境下的颗粒流化呈现较大差异，主要表现在以下几方面：(1)粉末流动无波动现象存在；(2)粉末颗粒在粉箱内能形成较为稳定的型面；(3)旋涡流动结构较大，从低压时的双旋涡演变成单旋涡。

由于增大压强会相应增加粉末质量流率，故流出粉箱的粉末质量增加，使粉箱头部容易形成空腔。如果此时停止供气，则粉末在活塞的推动下会迅速地向前推进并将粉箱头部空腔填满，如图 4(f)所示。但在供粉过程中，粉箱内始终保持较高的压强状态，稳定的高压环境一来可以维持活塞两边压差的恒定，使活塞移动速度较为稳定，粉末向前推进量也相对均衡；二来高压气体在粉箱空腔处形成剧烈的旋涡运动，卷吸粉末型面上的颗粒进入湍动气流中，形成一定浓度的气固两相流动，并向管道内输送。当粉箱向管道输送的气固两相流动的流量与活塞推动的粉末流量一致时，则此时粉箱内粉末流化达到一动态平衡状态，从而较为容易形成稳定的气固分界面。当然重力因素对粉末型面的倾斜角度有一定程度的影响。由此可见，在一定压强条件下，粉箱内能形成稳定的气固分界面，从而在观测角度上论证了本文所提出的粉末流化方式在一定压强条件下能够实现粉末质量流率的稳定供给。

另一方面，高压环境下粉末流化输送所展现的机制与低压条件下差异较大。低压环境由于流化气速度相对较小，使粉末在粉箱局部形成波动，并在粉箱壁面附近形成多个气泡结构，其与鼓泡流化床的流化机制相似。而在高压环境，粉末在活塞的推动下向前运动，受高压气体影响，使气体与粉末之间有明显的界限，气固两相流动是通过气体对粉末的旋流卷吸而形成的，其流化类似于风沙起动或粉末喷动床流化机制。

由上述分析可知，当粉箱内压强由低压转为高压时，粉末的流化状态会呈现较大的差异，其流化机制也发生相应的转变。由此推测，当压强介于低压与高压时，存在一相应的流化状态，该流化状态处于过渡阶段，其流化过程如图 5所示。由图可见，低压环境时出现的两个旋涡流动结构在过渡阶段时已融合，形成一更大旋涡结构。粉末型面逐渐成型，但仍有波动，属不稳定型面结构，只有当压强增加到一定值时，才能形成稳定的粉末型面。

综上分析，粉末处于不同压强时会呈现不同的流化状态，在低压环境下，气固相互作用区域较小，掺混较为均匀；随压强增大，粉末流化状态经历过渡阶段，可形成较清晰的粉末型面，但型面不稳定。当压强大于一定值时，气体与粉末之间有明显的型面，且型面相对稳定，表明粉末在高压环境下能实现相对稳定输送。

3.2 压强信号均方差分析

截取流化压强较为稳定段用于均方差对比分析，不同压强条件下其均方差分布如图 6所示，图中横坐标为流化压强平均值。由图可见，随压强增大，其对应的均方差并未出现线性增大效果，而是呈现先增大后减小的规律。在低压时(< 1.5MPa)，其均方差最小，在1.5MPa~2.3MPa期间，均方差最大，而高压时(> 2.3MPa)，均方差值介于上述两者之间。由此可见，随压强增大，粉箱内各因素引起的扰动在不断变化。

结合3.1节中的不同压强条件下典型的粉末流化过程对均方差的分布进行分析。在低压时，由于粉末占粉箱内容积较大，此时气源只需提供较小的流量即可使粉箱内压强达到低压状态，气体流速较低，气源扰动作用相对较小；同时低速气体只能使粉末在粉箱内的局部进行运动，无法形成较大面积的湍动。可见，低压条件下气源扰动和粉末运动均不是引起压强波动的主要因素。而其主要原因在于粉箱内鼓泡的形成，融合与破裂。鼓泡的运动演变实则是气体与粉末相互作用的结果，但由于低压下气固相间作用只在粉箱内局部进行，对整体影响较小，故而其压强波动的均方差相对最小。

随压强增大，流化气流量增大，气源扰动以及气体湍流强度随之增加，势必会增大压强波动。当流化处于过渡阶段时，粉末型面逐渐形成，但不稳定，气固相互作用明显增强，且作用面积增大，颗粒湍流与脉动效应增强；且所形成气固旋涡结构属于强湍流结构，其速度方向和大小时刻在发生变化。可见，随压强增大，上述各影响因素的作用效果明显增强，致使在中间压强段的压强波动均方差变大。

当粉箱处于高压流化状态时，虽然此时流化气流量较大，但由于粉末型面较为稳定，气固进出量属动态平衡过程，故流化气供给稳定，气源扰动影响相对过渡阶段时要小。另一方面，稳定的粉末型面避免了由于粉末运动等因素引起的流化压强波动。同时在高压条件下，粉箱内可形成较高浓度的气固两相流动，旋流结构中颗粒数量的增加有利于抑制气体湍流引起的波动，但颗粒浓度增加的同时会增大颗粒间的碰撞概率，颗粒碰撞过程会损失一部分气体动能，从而引起流化压强波动。由此可见，稳定的粉末型面有助于降低流化压强的波动幅度，而颗粒浓度的增加在抑制压强波动的同时也会引起相应的压强波动，最终的影响程度取决于二者博弈的结果。

可见，当粉箱处不同压强环境时，其对应的流化模式不一，故而影响流化压强波动的主导因素不一，其压强波动的均方差会有较大差异。

3.3 流化模式演化

由上述对典型流化过程分析可知，不同压强环境下，粉末流化存在多种状态，总体而言，可将粉末流动状态分为大致三种模式，其分别为：低压流化模式，过渡阶段流化模式和高压流化模式，三种流化模式示意如图 7所示。

当粉末处于低压流化模式时，虽然粉箱上下斜段均设有流化进气孔，但由于流化进气管路为三通结构，即一路主气流分成两路分支分别从粉箱上下斜段进入，如果流化气未能将下方斜段处的粉末及时输送出去，会导致有大量粉末堆积，使下方流化气进入受阻，大部分流化气从上支路供入粉箱。低压流化模式由于流化进气速度较低，使其与鼓泡床流化模式类似。而受进气位置、活塞推动以及重力等因素影响，使粉末输送装置内的粉末流动状态与传统意义上的鼓泡床流动有较大差异。其主要区别在于，在粉箱内部区域，无明显鼓泡形成，而鼓泡主要集中于粉箱上边界处。在上部水平边界处，形成的鼓泡带动粉末运动，且其运动为波动式运动规律；而在流化气进气位置，受进气角度影响，形成了上下双旋流鼓泡结构，且两旋涡结构的运动方向均为逆时针方向。粉末受鼓泡运动影响，跟随鼓泡在粉箱内做振荡运动，在该模式下，局部的粉末颗粒可以得到良好的流化掺混，但剩余大部分粉末未能获得气体流化作用，且在活塞推动、重力作用以及粉箱斜段结构影响下，处于粉箱中下部的粉末颗粒之间容易被压实，从而更不利于粉末的流化输送。

过渡阶段流化模式较低压流化模式在粉末运动状态方面有较大改善，流化压强增大会相应提升流化气速度，增大粉末质量流率，粉末型面向后退移。与此同时，由于粉末型面退移，加上低压流化模式时双旋涡流动方向一致，致使两旋涡结构相互融合成一较大旋涡结构，融合后的旋涡结构其方向与融合前一致。相比低压流化模式，过段阶段流化模式在下方斜段处的粉末堆积明显减小，流化气可同时从上下两支路进入粉箱，并增强旋涡结构。另一方面，由于下方斜段处的粉末堆积面积随时间变化，致使流化气下支路进气量随之改变，从而引起上下两分支的流化气速度不断变化，导致旋涡流动结构和参数改变。而粉末流化输送与旋涡流动结构和参数密切相连，动荡的旋涡结构势必引起粉末型面的波动，进而影响流化输送稳定性。

在过渡阶段流化模式基础上，如果继续增大流化压强，则粉末流动就演变成了高压流化模式。粉末处于高压流化模式时，其型面退移至某一位置并稳定存在，此时下方斜段处无粉末堆积，上下两流化气支路均能供气。由于压强增加，使流化气体速度以及相应的湍动能增加，旋涡结构的影响范围拓宽，卷吸粉末颗粒进入气流中的能力也得到增强，故而粉末质量流率随之增大。有趣的是，无论粉末处于何种流化模式，其粉末主体部分内均未有明显的气泡出现，且粉末整体结构在流化过程中未曾坍塌，尤其是在高压流化模式时，其粉末型面可稳定存在，究其原因，在于粉末输送结构较为特别，粉末不仅受气体流化作用影响，还受活塞的推动影响。流化气总压可分解为静压和动压两部分，其中，静压部分直接作用在粉末型面上，同时粉末还受活塞推力作用，当活塞推力足以克服气体压力以及与壁面摩擦力时，活塞推动粉末向前运动。值得注意的是，粉末型面能否维持与其所处位置有关，当型面底端也处于粉箱水平段时，此时粉末整体所受力(除重力外)均为水平方向，型面容易保持；而当下方斜段上有粉末堆积时，此时粉末整体受力就有所改变，粉末在水平方向上运动受到阻碍，其型面容易出现波动。

3.4 高压环境颗粒起动流化机制分析

上文提及粉箱内流化气体总压由静压和动压两部分组成，在高压流化模式时，动压的表现形式为气流旋涡结构，由于气流旋涡结构与粉末整体之间有明显的分型面，使高压流化模式下的颗粒起动流化机制类似于自然界中的风沙运动机制。而在风沙运动研究领域，颗粒的起动机制分为多种，如风压起动机制、压差起动机制、升力起动机制、斜面飞升机制、湍流起动机制、旋涡起动机制、振动起动机制、冲击起动机制、猝发起动机制以及负压起动机制等^[27]，尽管机制众多，但由于颗粒起动机制复杂多变，至今仍无统一看法。为方便分析，文献[28]依据颗粒主要受力情况将各机制大致分为两类：接触力为主的起动机制和非接触力为主的起动机制。其中接触力为主的起动机制包括斜面飞升学说、振动起动学说以及冲击起动机制，其余归纳为非接触力(气力)为主的起动机制范畴。文献[29]在上述基础上进一步细分，将各学说分为三类：湍流脉动与振动机制，压差升力机制和冲击碰撞机制。

在上述众多机制中，颗粒粒径对颗粒受力影响较大，如颗粒为微小粒径时，其所受的Magnus力，Saffman力等相对重力而言太小，可忽略不计，使升力起动和压差起动机制不适用于描述微小颗粒起动机制。而微小粒径颗粒的迎风面积较小，颗粒与颗粒间的范德华力明显，且运动中的微小颗粒对静态颗粒的冲击作用较弱，使风压起动、振动起动和冲击起动机制都难以解释其起动规律。而湍流猝发起动虽然在泥沙流动中得到实验证实，但由于水和气体密度相差上千倍，使气体湍流猝发作用相对较弱，其对颗粒的起动作用还有待进一步验证。由此可见，对微小颗粒起动流化机制的分析可主要从斜面飞升起动、湍流起说，负压起动以及旋涡起动等几方面入手。其中，负压起动适用于风速较大(16m/s以上)情况，风速低于16m/s时，其作用较弱；而旋涡起动的根本是建立在湍流起动学说基础上的，认为颗粒受湍流分量的影响外，还可能在某些凸起的地方产生负压和旋涡离心力起动颗粒，其主要也是针对大尺度颗粒而言，对微小颗粒而言，其负压以及离心力相对微弱。因此，斜面飞升和湍流起动适合用来分析微小粒径颗粒起动流化机制。而由于颗粒粒径对粉末发动机的点火燃烧性能影响较大，粉末推进剂粒径过大容易使发动机出现点火不成功或者颗粒燃烧不完全现象，阻碍发动机性能的提升。所以通常选择粒径小于100μm的颗粒作为粉末推进剂，该粒径范围颗粒属微小粒径颗粒，即可用颗粒起动斜面飞升学说和湍流起动学说阐述高压环境下颗粒起动流化机制。

斜面飞升学说认为，颗粒在凹凸不平的表面发生翻滚运动时，颗粒会趁机飞升进入气流中，同时不规则的颗粒表面会增强颗粒翻滚过程中的飞升程度。湍流起动则是基于湍流运动过程是剧烈无序过程，湍流的方向和速度随时在发生变化，而垂直向上的速度分量可将颗粒携带进入气流中。因此，可根据实验观测到的现象并结合上述两种颗粒起动方式对高压流化模式下的颗粒起动流化机制进行分析。

由颗粒斜面飞升机制可知，颗粒在飞升进入气流之前，需要有一定的翻滚动力，而提供颗粒翻滚动力的可以是气力，也可以为势力。在粉箱内，静止的粉末受重力影响可自由坍塌成一斜面，随着活塞的推动，假设粉箱水平段足够长，则在无流化气情况下，粉末整体向前运动，且在自由坍塌形成的斜面上，粉末受重力势能影响不断向下滑落坍塌，如图 8(a)所示，但粉末型面将处于坍塌与重建的动态平衡。在粉末滑落坍塌过程中，颗粒获得了初始的翻滚动能，且由于型面是由众多颗粒组成，表面凹凸不平，颗粒满足斜面飞升条件，进而飞升进入气流中，如图 8(b)所示。由此可见，活塞推动粉末运动方式为颗粒的斜面飞升创造了良好的条件，使颗粒无需在气力作用下即可飞升进入气流中。

另一方面，由实验观测以及流化模式的分析可知，在高压环境下，粉箱内会形成较大尺度的旋涡结构，旋流是湍流较为剧烈的一种表现形式。在粉末型面，旋涡的速度和方向在不断地发生改变，且由于粉箱出口为水平方向，致使旋流在水平方向上的速度分量相对较大，可有效地将颗粒卷吸进入气流中。

在颗粒翻滚飞升和湍流的双重作用下，粉末型面上的大量颗粒得以进入气流中，形成一定浓度的气固两相流动。由于粉箱内气流为旋涡结构，且粉箱出口位于中心水平线上，使气固两相流动在斜段出口处会发生离心流动分离，大部分颗粒被输送出粉箱，如图 8(c)所示，同时下方斜段进气可增强气固两相的输送动能。气固两相流中粒径较小的颗粒由于随流性相对较好，继续随旋流运动。随旋流运动的颗粒在粉末型面附近会撞击型面上的颗粒，使部分颗粒受冲击而进入气流中，但由于撞击的颗粒粒径和浓度均相对较小，使型面上受冲击起动的颗粒量有限。当然，其他学说的颗粒起动机制也存在于高压环境下的颗粒起动流化过程中，但由于其作用相对微弱，这里不做主要讨论。

综上分析，高压环境下颗粒起动流化机制与颗粒斜面飞升起动和湍流起动相契合，活塞推动粉末颗粒向前运动为颗粒的斜面飞升起动提供了良好条件，而旋涡流动结构则为粉末颗粒的流化输送提供了充足的动力。当粉末型面上飞升进入气流的颗粒量与粉末输出量一致时，粉末型面将处于动态稳定阶段，输出的粉末质量流率也相对稳定。而粉末型面是否稳定主要与两方面影响因素有关，一是活塞的运动速度，二是工作过程中流化气压强是否稳定。两方面影响因素中不论哪方面因素不稳定均可影响粉末进入流量，进而影响粉末的质量流率。

4 结论

通过搭建高压环境下粉末流化的可视化实验系统，对粉末流化过程与流化特征进行了拍摄实验研究，并结合压强信号的均方差分析，探讨了粉末流化模式及高压流化机制，获得以下主要结论：

(1) 在0.3~5MPa压强条件下，粉末供给系统内颗粒的流化形态各异。根据流化压强和该压强下粉末表现出的流化特征，可将粉末流化分为低压流化模式、过渡阶段流化模式和高压流化模式三类。

(2) 低压(< 1.5MPa)流化模式时，粉末流化区域较小，呈波动式流动规律；过渡阶段流化模式下，粉末流化区域增大，气相旋涡结构融合，粉末型面退移。且过渡阶段流化模式时，流化压强的均方差最大。

(3) 高压(> 2.3MPa)流化模式下，粉末在储箱内会形成稳定的气固分界面。这一现象的发现，为证明粉末推进剂可实现稳定供给提供了重要的实验依据。

(4) 基于颗粒起动的各类学说，初步揭示了颗粒斜面飞升和气体湍流共同作用的粉末高压流化机制。同时压强信号的均方差分析结果可用于解释粉末流化特征以及内在作用机制。

致谢: 感谢国家自然科学基金资助。