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              三組分航空煤油模型燃料燃燒研究進展
              发稿时间:2019-08-16         作者:田振玉 李旺          来源:新技术实验室     【字号:

                航空煤油是航空發動機的“心髒起搏器”。對航空煤油開展燃燒研究,一方面可以揭示航空燃料燃燒的機理,提高燃燒效率;另一方面,可以通過反應路徑對汙染物的排放進行有效調控。然而,實際航空煤油含有數百種組分,且包含大量同分異構體,反應機理十分複雜。考慮每一種組分的動力學機理非常困難。因而,我們常選取其中的典型組分組成模型燃料,使其表現出與實際航空燃料类似的理化性質,重點對模型燃料進行研究,最終得到可以代表實際航空燃料的模型燃料。 

                近期,研究所新技術實驗室研究人員對由正十二烷(66.2%)、正丙苯(15.8%)和1,3,5-三甲基環己烷(18.0%)組成的三組分航空模型燃料的燃燒動力學進行了研究。該模型燃料的組成(H/C比值和摩爾質量)與Jet-ARP-3航空燃料类似,因而,采用該模型燃料來預測和模擬實際航空煤油是可行的。利用射流攪拌反應器在P = 1atmT = 575-1100 K、Φ = 2的實驗條件下進行了氧化試驗,得到了物種摩爾分數曲線(圖1)。此外,劉嶽曦博士在德國宇航中心訪學期間,開展了T=700-1500 K、當量比爲1的高壓(P=16bar)激波管實驗,得到了燃料的著火延遲時間,並利用層流燃燒爐在T = 473 K,P = 1 atm,Φ= 0.6-2.0實驗條件下測量了火焰傳播速度。根據實驗測量結果,結合量子化學計算方法得到重要的初始反應速率常數,建立了包含401種組分和2838種反應的詳細化學動力學機理。該反應機理能夠很好地模擬出實驗中所得到的摩爾分數曲線、著火延遲時間、火焰燃燒速度,在低溫氧化和高壓激波管實驗中觀察到的NTC效應通過該機理也得到了很好的預測,說明該反應機理能夠很好地預測模型燃料的燃燒特性。根據在900 K下的反應路徑分析可知:在此溫度下,1,3,5-三甲基環己烷主要通過脫氫反應生成PXCH2D35MCH自在基消耗;正丙苯通過脫氫生成更多的A1CHCH2CH3A1CH2CHCH3自在基,隨後發生β解離生成苯乙烯;正十二烷主要通過脫氫反應消耗生成C12H25自在基,該自在基通過O2加成反應生成過氧化自在基PC12H25O2。根據在900 K下的敏感性分析(圖2)可知:反應T135MCH + H = PXCH2D35MCH + H2是對1,3,5-三甲基環己烷消耗起到作用最大;反應NPB + OH = A1CHCH2CH3+ H2O對正丙苯的消耗起到最大作用;反應CH3 + O2= CH2O + OH和反應CH3 + CH3(+M) =C2H6(+M)是分別對兩個組燃料組分的消耗起到了最大的促進和抑制造用的反應。同時,正十二烷消耗過程中的關鍵反應P12OOHX2 = PC12H25O2同時對這兩個組分的氧化起到了抑制造用。 

                該工作得到自然科學基金(91541102/51476168)、科技部重點研發計劃(2017YFA0402800)、中組部青年千人計劃和德國洪堡基金研究合作小組項目資助,是研究所和德國宇航中心合作研究的成果,相關結果以研究所作爲第一作者和通訊作者單位在Combustion and Flame [2022019252-261]上發表。 

               

               

               
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