碳煙形成過程中燃料協同效應的實驗和模型研究

《碳煙形成過程中燃料協同效應的實驗和模型研究》是依託上海交通大學，由李玉陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳煙形成過程中燃料協同效應的實驗和模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李玉陽
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

碳煙形成過程中燃料的協同效應是指多種燃料組分混合後促進碳煙生成的現象。其研究有助於理解碳煙形成機理和複雜組分實用燃料燃燒反應動力學，事關我國能源、環境、運輸等領域的重要需求。 針對前人協同效應研究中存在的局限性，擬在實驗方面，利用先進的同步輻射真空紫外光電離質譜方法研究多種具有協同效應的二元混合燃料及其組分在變壓力流動反應器熱解和層流預混火焰中的微觀燃燒化學結構，探索燃料協同效應對碳煙前驅體濃度的影響；在模型方面，對重要基元反應的速率常數進行理論計算，發展出準確性較高的燃燒反應動力學模型，增強對碳煙形成機理中的控制子機理- - 苯和多環芳烴形成機理的認識；在機理分析方面，揭示出引發燃料協同效應的反應動力學機制、以及奇數和偶數碳路徑在碳煙形成機理中的作用，為涉及到碳煙形成機理和複雜組分實用燃料燃燒反應動力學的工程燃燒研究提供理論指導。

結題摘要

碳煙形成過程中燃料的協同效應是指多種燃料組分混合後促進碳煙生成的現象。其研究有助於理解碳煙形成機理和複雜組分實用燃料燃燒反應動力學，事關我國能源、環境、運輸等領域的重要需求。 針對前人協同效應研究中存在的局限性，本項目結合實驗探索和模型研究，系統地對多種具有協同效應的二元混合燃料及相關芳烴類、鏈烴類、環烴類和生物醇類組分進行了研究。在單組分燃燒研究中，基於同步輻射真空紫外光電離質譜（SVUV-PIMS）技術，對在不同壓力和反應氛圍下的微觀燃燒結構進行了完備解析，特別是對多環芳烴（PAH）及其前驅體進行了深入的探測。發展了一系列單組分燃料的燃燒反應動力學模型，並完善了苯和PAH生成子機理，模型具有良好的預測能力。基於實驗測量與模型分析，揭示了一系列燃料分子結構特徵對於PAH前驅體及PAH生成的重要影響。在二元混合燃料研究中，通過設定不同的燃料摻混比例，得到了燃燒中間產物濃度隨摻混比例的變化關係，發現了明顯的燃料協同效應。通過實驗研究和模型分析發現，二元混合燃料燃燒體系中形成燃料協同效應的主要原因包括自由基濃度的提高和不同類型前驅體的共同增強。前者通過加入較易分解的燃料組分，提高整個反應體系中的自由基濃度，激發較慢的芳烴和PAH生成反應，後者則對於特定的PAH，通過加強一種前驅體的生成，促進該PAH的大量生成，進而均引發了燃料協同效應。 本項目共發表論文17篇，其中SCI論文15篇，中文核心期刊論文2篇，包括國際權威燃燒學期刊Combustion and Flame 8篇、Proceedings of the Combustion Institute 3篇，發表於Physical Chemistry Chemical Physics的論文被選為當期封底論文。授權發明專利1項。研究成果獲得國內外知名學者的高度評價，共被SCI引用80次，其中他引68次，在國內外學術會議上做大會特邀報告和邀請報告13次。獲得2018年國家自然科學二等獎（第二完成人）、2017年亞太燃燒會議Young Investigator獎、及2015和2018年中國工程熱物理學會燃燒學學術年會優秀論文獎。研究成果套用於我國多家航空和高超動力研發單位。