《主動冷卻用碳氫燃料可控吸熱反應過程的關鍵問題》是依託天津大學，由張香文擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：主動冷卻用碳氫燃料可控吸熱反應過程的關鍵問題
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張香文
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱防護系統是近空間高超聲速飛行器的重大關鍵技術。主動冷卻技術是熱防護的解決方案之一，它利用碳氫燃料作為冷卻劑提供熱沉。在實現熱沉過程中，碳氫燃料不僅發生提高熱沉的裂解吸熱反應，還產生惡化傳熱的結焦。催化/換熱主動冷卻技術，是利用換熱通道內的催化劑塗層加速碳氫燃料裂解反應速率，最佳化反應途徑與提高熱沉能力的新方法。本項目擬在模擬高超聲速飛行器極端熱環境的主動冷卻實驗平台上，系統研究超臨界碳氫燃料在催化/換熱通道中的可控吸熱化學反應行為。研究內容包括：催化劑組成、流動狀態和碳氫燃料烴組成對裂解反應速率、產物選擇性、結焦和傳熱速率的調控機制與基礎理論；碳氫燃料可控吸熱裂解反應的機理與動力學模型，並套用於新型冷卻通道內超臨界碳氫燃料反應與傳熱的計算流體力學模擬。本項目力圖解決催化/換熱結構碳氫燃料可控吸熱化學反應的關鍵問題，為高超聲速飛行器熱防護結構設計提供新的研究思路。
結題摘要
本項目擬在模擬高超聲速飛行器極端熱環境的主動冷卻實驗平台上，系統研究了超臨界碳氫燃料在催化/換熱通道中的可控吸熱化學反應行為，主要結果研究有：（1）在管式塗層反應器中進行模型燃料正十二烷的催化裂解。通過研究分子篩酸性位和孔道結構的變化對正十二烷裂解率和產物分布的影響，探討催化裂解機理、催化劑穩定性和失活模式的一般規律，揭示超臨界烴裂解條件下，分子篩酸性質和孔結構的協調作用機制。（2）煤油在管內的傳熱特性分為三個區域，包括臨界點以前的傳熱強化區、擬臨界點附近傳熱惡化區以及遠離臨界點的化學熱裂解區；傳熱特性與Re密切相關；在傳熱惡化區，Pr對傳熱特性影響較大；在化學裂解區，傳熱關聯式係數與經典的Dittus-Boelter式係數接近。（3）發展了煤油型碳氫燃料的分子裂解動力學模型，該模型包括18個物種和24個反應（1個一次反應、23個二次反應）。預測值與實驗值的比較，發現該模型能較為滿意地預測高轉化率條件下煤油的裂解行為，包括轉化率、主要氣相產物、芳烴以及中間餾分的生成和消耗過程。碳氫燃料可控吸熱裂解反應的機理與動力學模型。（4）發表SCI論文11篇，國際會議論文3篇，國內會議論文5篇。在基金的資助下，共培養博士生6名，碩士生9名，申請專利2項。這些研究結果對於解決碳氫燃料可控吸熱化學反應的關鍵問題，提供了重要的實驗和理論參考。
