《煤油裂解和點火過程動力學特性研究》是依託中國科學院力學研究所，由王蘇擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：煤油裂解和點火過程動力學特性研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：王蘇
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在超燃發動機中採用吸熱碳氫燃料是改進燃料點火和燃燒特性的有效途經。本項申請擬選取超燃發動機典型的套用碳氫燃料煤油為對象，對煤油熱裂解和均相催化條件下的裂解過程進行激波管實驗，獲得裂解產物分布與裂解條件(溫度、壓力、催化劑)的關係，為預測吸熱碳氫燃料的使用溫度和熱沉能力提供基礎，並篩選高效的裂解催化劑。在此基礎上，對不同裂解程度的裂解煤油的點火延時特性進行激波管實驗，通過與未裂解煤油的對比，獲得裂解條件對裂解煤油點火特性的影響規律，同時採用雷射吸收法診斷點火過程中關鍵自由基濃度時間歷史，為建立和驗證裂解煤油燃燒反應動力學模型提供基礎。為了更好地將燃料裂解特性套用於超燃發動機再生冷卻熱結構設計中，需要建立燃料裂解反應動力學模型。對煤油裂解過程在激波管條件下作一維反應流數值計算，以裂解產物分布實驗結果為判別標準，簡化、驗證和改進煤油裂解反應動力學模型。
結題摘要
碳氫燃料燃燒反應機理是燃燒領域的熱點問題。碳氫燃料在不同溫度、壓力的點火特性，為建立、驗證和簡化燃燒反應機理提供重要依據。超燃地面實驗通過燃燒加熱方式獲得的高焓氣流中含有H2O和CO2等污染組分，研究污染組分對碳氫燃料點火的影響，將為評估污染組分對發動機性能影響的天地換算提供基礎。本項目選取超燃發動機重要碳氫燃料國產3號航空煤油和燃燒研究中重要模型燃料乙烯為對象，在超燃發動機工況的空氣氧氣濃度和較寬的點火壓力範圍，激波管實驗研究了3號航煤和乙烯的點火特性以及污染物H2O和CO2存在時對其點火特性影響的污染效應。在總長10.3m、內經100mm的預加熱激波管中，利用燃燒過程中OH、CH自由基特徵發射光譜的急劇變化作為點火發生的標誌，在空氣氧氣濃度並覆蓋了較寬的壓力範圍0.5-¬22atm，進行激波管實驗獲得了3號航煤點火延時與溫度﹑壓力﹑當量比﹑燃料和氧化劑濃度等參數的依賴關係。在空氣氧氣濃度和壓力2、7、12atm，獲得了乙烯點火延時與溫度﹑壓力﹑當量比﹑燃料和氧化劑濃度等參數的依賴關係。在寬的壓力範圍，考察了3號航煤點火特性當量比依賴指數隨壓力的轉變，從高壓時+0.23轉變為低壓時-0.33。在煤油、乙烯點火特性研究基礎上，分別考察了污染物H2O和CO2對煤油和乙烯點火特性的影響效應。結果發現：在一臨界溫度以下，H2O對煤油點火有促進作用，CO2對煤油點火有阻滯作用，這種促進和阻滯作用隨著溫度降低和污染物加入量增加更加明顯；當H2O和CO2同時存在時，在貧油條件下（Φ＝0.5）污染組分表現出對煤油點火有輕微的阻滯作用。乙烯點火的污染效應結果表明：在化學當量比條件下（Φ＝1），H2O和CO2分別對乙烯點火具有阻滯作用；當H2O和CO2同時存在時，污染組分在較大溫度範圍內表現出對乙烯點火的阻滯作用。從鏈反應機理和熱力學和輸運特性的角度初步討論了實驗結果。激波管點火實驗中常用的稀釋氣體是Ar，發動機實際來流為空氣。為了獲取惰性稀釋氣體對碳氫燃料點火特性的影響效應，本項目還選取異辛烷、甲烷、煤油三種碳氫燃料，在Ar和N2稀釋條件下進行激波管點火對比實驗。結果顯示：煤油點火延時時間在N2氣稀釋條件下比在Ar氣稀釋條件更短，並且隨溫度升高差異更明顯。研究還表明，稀釋劑對不同碳氫燃料點火特性的影響是不同的，也隨稀釋度的不同有變化。
