高碳混合醇著火、火焰傳播的實驗和機理研究

《高碳混合醇著火、火焰傳播的實驗和機理研究》是依託西安交通大學，由李倩倩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高碳混合醇著火、火焰傳播的實驗和機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李倩倩
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本項目以高碳混合醇（C1-C8直鏈醇）為研究對象，利用高溫高壓定容燃燒彈和高速紋影攝像系統在不同壓力、當量比、摻混比條件下開展高碳混合醇的燃燒特性研究，獲取層流燃燒速率，擬合C/H/O組分與層流燃燒速率之間的關係式。利用激波管開展不同溫度、壓力、當量比和摻混比條件下的高碳混合醇的著火延遲特性研究，揭示著火延遲期與混合氣特性間的內在關係。利用化學反應機理生成器RMG（Reaction Mechanism Generator）軟體逐級構建C7和C8醇的詳細化學反應機理；對高碳混合醇中的高碳醇的主要初始反應開展CBS-QB3的高精度量子化學計算，獲取反應速率常數和熱力學參數，最佳化混合醇化學反應機理。基於敏感性分析、反應路徑分析、主要物種濃度評價機理，探究不同初始條件下主要敏感物種和基元反應的變化規律。本研究可以為高碳混合醇的工業生產和在發動機上的實際套用提供理論參考，具有重要的科學意義和工程價值。

結題摘要

本項目以醇類燃料未來在發動機上使用的前景為動機，通過實驗測量與數值模擬相結合的方式對低碳醇、高碳醇和高碳混合醇的基礎燃燒特性和化學反應動力學特性進行了系統深入的研究和探索，基本完成了項目計畫書的要求。研究獲取了寬廣初始條件下不同醇類燃料及混合燃料的層流燃燒速率的基礎實驗數據，補充了基礎實驗資料庫；實驗結果發現甲醇的層流燃燒速率最大，尤其是在濃混合氣一側，其次是乙醇，C3-C8的直鏈醇的層流燃燒速率非常接近；甲醇添加到高碳醇中會導致層流燃燒速率在濃混合氣一側明顯上升，而在稀混合氣一側變化較小。實驗獲取了火焰傳播過程中的不穩定性特徵參數，結合火焰面的紋影圖片，分析了火焰動力學特徵變化規律，指出常壓下高碳醇中添加甲醇會使馬克斯坦長度在稀、濃混合氣兩側產生相反的變化規律；基於本研究獲取的實驗數據，結合文獻中的數據，發展並最佳化了低碳醇、高碳醇及高碳混合醇的化學反應動力學機理；利用獲得的機理，通過敏感度分析、反應路徑分析和ROP分析對比不同碳鏈長度碳醇的化學反應動力學特性差異，揭示了高碳醇摻入低碳醇所產生的動力學影響機制。基於實驗過程中採集到的燃燒壓力曲線，本研究還對不同碳鏈長度的直鏈醇、戊醇同分異構體的燃燒壓力特性進行了深入分析和研究，結合層流預混燃燒特性的研究，闡明了不同醇類燃料燃燒特徵規律的異同。本項目還將對混合醇的研究進一步拓展到對碳氫燃料摻混醇類燃料的研究上，構建並最佳化了異辛烷-甲醇二元燃料的化學反應動力學模型，提出了可以更準確地預測異辛烷摻醇混合燃料層流燃燒速率的經驗公式。本項目的研究結果補充了高碳混合醇的基礎實驗資料庫，為高碳混合醇的發動機模擬及燃燒過程最佳化提供了理論基礎，為工業化生產不同組分的高碳混合醇提供了理論指導。到目前為止，本項目研究成果共發表在國際能源與燃燒領域高水平SCI期刊論文5篇，國際會議論文2篇。