《碳氫燃料裂解反應機理及高溫熱物性研究》是依託四川大學，由李象遠擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：碳氫燃料裂解反應機理及高溫熱物性研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李象遠
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
吸熱型碳氫燃料超臨界裂解熱物性的測試和機理構建是超燃衝壓發動機合理設計熱管理方案，保證足夠飛行動力的必要條件，目前國內在此方面的研究基礎相對薄弱。針對高溫高壓條件下小孔徑管道中發生的複雜相變和裂解反應過程，本項目的研究內容包括：根據熱力學狀態函式性質和蓋斯定理，構建一套碳氫燃料裂解物理和化學熱沉獨立測定的新方法和相應規範；同步測定冷態條件下的質量流量和高溫條件下的孔板差壓信號，開發一種小口徑孔板裝置和高溫裂解過程介質密度和流速的線上測定方法，進而根據流速分布可積分燃料在冷卻通道內的駐留時間；構建航空燃料的裂解詳細反應機理，建立算法實現詳細機理的簡化，獲得適用於計算流體力學三維仿真的簡化模型，服務於再生冷卻過程換熱設計；採用動力學方法模擬燃料的各種熱物性參數，並與熱物性實驗相驗證。研究成果將為超燃發動機再生冷卻設計提供理論和實驗依據.
結題摘要
根據熱力學基本原理和蓋斯定理，建立了線上/離線相結合的燃料熱沉測量新方法，該方法的主要優點是能按熱化學定義嚴格區分物理熱沉和化學熱沉，數據可遷性強。我們首次發現了500到600℃之間的負化學熱沉現象，實驗分析和理論模擬分析這是由於燃料的物理團聚所導致。測定結果表明，燃料的熱沉貢獻由物理熱沉和化學熱沉產生，在低溫段（<600℃），由於沒有化學反應的發生，所以熱沉主要由物理熱沉提供，隨著進一步溫度的升高（>650℃），化學熱沉產生，並且隨溫度的升高顯著增加，而此時的物理熱沉依然是相同的增加斜率。因此，要實現燃料的高熱沉，應該要充分發揮燃料的化學熱沉，也就是說要充分了解燃料裂解的化學反應，提高燃料的裂解反應，拓寬燃料的使用溫度，提高燃料的化學熱沉。 結合成熟的冷態質量流量測量和孔板取壓方法，發展了燃料高溫裂解氣密度測量方法,並套用於航空煤油在微通道細管內高溫裂解氣的流速和密度的實驗測定，計算得到分子量與燃料分子量非常吻合。在密度和流速測量的基礎上，實現了燃料高溫裂解氣駐留時間的實驗測定。固定加熱電流和冷態燃料流量，改變管長l，測定出口流速v(l)，進而積分燃料在管內的駐留時間。 根據RP-3航油的化學組成(平均分子量151.1，碳氫質量比5.83，平均化學式C10.7H22.1)。確定了RP-3航油四組分替代模型（質量分數：正十烷18.6%、正十二烷58.1%、1,3,5-三甲基環己烷12.9%、丙基苯10.5%，平均分子量150，碳氫質量比5.9，平均化學式C10.7H21.7）。採用反應機理自動生成程式ReaxGen得到了替代燃料的詳細機理模型包含525個物種，8122個反應。基於以上自主構建的裂解機理，開展了熱物性模擬和驗證。 基於裂解機理，我們開展了裂解過程熱沉、密度和流速的模擬並與流動管裂解實驗數據進行比較，從這幾種熱物性模擬結果看，模擬結果基本能再現實驗趨勢，但定量精確性有待提高。此外，由於反應機理沒有考慮物理團聚，不能解釋化學負熱沉現象。由於機理只能考慮氣相結焦，不能考慮表面結焦，將會使模擬結果與實驗結果出現差別。我們開發的機理流速和密度模擬方面與實驗吻合較好。 研究工作發表SCI論文一篇，獲準國家發明專利一項。
