超燃衝壓發動機給料的化學調控及其與湍流燃燒耦合

《超燃衝壓發動機給料的化學調控及其與湍流燃燒耦合》是依託浙江大學，由方文軍擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：超燃衝壓發動機給料的化學調控及其與湍流燃燒耦合
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：方文軍
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

面向超燃衝壓發動機的吸熱型碳氫燃料承擔主動熱防護和燃燒推進的雙重任務。實際運行時，碳氫燃料在高溫、高壓條件下經歷換熱、裂解，然後進入燃燒室燃燒產生推力。進入燃燒室的燃料不再保留其初始的狀態和組成，高熱流密度作用下短時間內複雜的相態變化和組分變遷對湍流燃燒和可控燃燒技術產生直接影響。本項目擬以發動機安全換熱和湍流燃燒為背景，基於多功能分子構築及納米催化技術，調控典型大分子碳氫燃料在受限空間內的裂解、結焦和積碳過程，考察燃料裂解產物的時間-空間分布及其與湍流燃燒的耦合。著重設計和合成多功能化的納米粒子、超支化聚合物等，與碳氫燃料形成納米流體，調節碳氫燃料裂解的反應動力學和產物分布。探索典型大分子碳氫燃料組分變遷與湍流燃燒的關係，為掌握碳氫燃料湍流燃燒反應機理、調控燃料燃燒效率等提供重要的實驗數據和理論基礎。

結題摘要

面向超燃衝壓發動機的吸熱型碳氫燃料承擔主動熱防護和燃燒推進的雙重任務。實際運行時，碳氫燃料在高溫、高壓條件下經歷換熱、裂解，然後進入燃燒室燃燒產生推力；進入燃燒室的燃料不再保留其初始的狀態和組成，高熱流密度作用下短時間內複雜的相態變化和組分變遷對湍流燃燒和可控燃燒技術產生直接影響。因此，本項目以發動機安全換熱和湍流燃燒為背景，基於多功能分子構築及納米催化技術，比較系統地研究了典型大分子碳氫燃料在受限空間內的裂解、結焦和積碳，以及燃燒過程的調控，考察了燃料裂解產物的時間-空間分布及其與湍流燃燒的耦合。 項目著重設計和合成了多功能化的鈀、鉑、金、鋁等納米金屬粒子，將它們用於製備碳氫燃料基納米流體；合成了超支化聚縮水甘油（HPG）、超支化聚醯胺-胺（PAMAM）和含硫超支化共聚物（SHPGMA）等3個系列的超支化聚合物，可成為大分子引發劑、結焦抑制劑或燃燒促進劑。碳氫燃料裂解和燃燒實驗表明，添加合適的納米金屬粒子、超支化聚合物或兩者配伍，可以明顯提高碳氫燃料的超臨界裂解轉化率、產氣率和熱沉，縮短點火延時和提升燃燒速率。其中，碳氫燃料基鈀、鉑等納米流體穩定性好，催化效率高；SHPGMA具有較好的抑制催化結焦效果；SHPGMA和PHPG有提升裂解過程穩定性和抑制結焦的協同作用；PHPG、DSHPG和PPAMAM對煤油基碳氫燃料和高密度碳氫燃料JP-10的燃燒均有促進作用。結合各實驗條件下詳細的組分分析，可為研究典型大分子碳氫燃料裂解、燃燒反應動力學，探索碳氫燃料組分變遷與湍流燃燒的關係，掌握碳氫燃料湍流燃燒反應機理、調控燃料燃燒效率等提供重要的實驗數據和理論基礎。 3年內，已經發表學術期刊論文11篇，會議論文報告11篇（次）。部分研究成果已經被國家科技工程某重大專項、“兩機”專項等吸收採納。本項目可為先進推進劑的研製、碳氫燃料可控燃燒技術的發展提供一定理論基礎，對推進我國新型吸熱碳氫燃料研究、套用和航空航天事業發展作出了一定貢獻。