冷却通道内高密度吸热型碳氢燃料裂解及结焦研究

《冷却通道内高密度吸热型碳氢燃料裂解及结焦研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文冷却通道内高密度吸热型碳氢燃料裂解及结焦研究Pyrolysisandcokingofhighdensityendothermichydrocarbonfuelincoolingchannel工程领域：化学工程作者姓名：金百堂指导教师：刘国柱教授企业导师：殷跃广高级工程师天津大学化工学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论

2、文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要高密度吸热型碳氢燃料一方面能够通过自身热容及裂解吸热反应满足主动冷却通道热沉需求，解决先进飞行器高速飞行中摩擦带来的热管理问题；另一方面为更高的体积热值有效地降低油箱

3、体积，减少飞行器摩擦阻力，并提供充足航空推动。本文采用电加热管式反应器装置系统地考察了微通道内高压/超临界流动相高密度吸热燃料EHF-HD热裂解行为，并进一步研究了裂解机理及动力学，同时考察了结焦稳定性及结焦生长历程，为冷却通道内高密度吸热型碳氢燃料改良及应用提供了必要的数值支撑和理论基础。系统地考察了在一定操作区间（0.7-6.0MPa，500-750oC，0.538-5.38g/s）高密度吸热型碳氢燃料裂解表现。发现压力升高可以提高冷却通道内流体密度进而提高停留时间加剧反应进程，同时还通过双分子氢转移反应引发主要组分十氢萘裂解进而促进反应，导致了烷基环己烯类产物选择性升高，而乙烯、丙烯

4、、环己烯和3-亚甲基环己烯等产物生成受到抑制，建立自由基反应路径并对产物分布及操作因素作用进行解释。采用可调节加热长度的电加热管式反应器装置考察高温高压下高密度吸热型碳氢燃料沿管程的流体温度和组分构成，深入研究了流体物性、停留时间及裂解态相行为。在Modifed-Kumar-Kunzru模型基础上建立适用于高密度吸热型碳氢燃料EHF-HD的一维裂解动力学模型，综合考虑了液相中链烯烃和环烯烃作用，裂解模型了包含18物质及24个反应，能够用于预测高密度吸热燃料裂解转化率、产物分布及裂解态流体物性。考察了冷却通道内高密度吸热型碳氢燃料（680-750oC、3.5MPa、4.0g/s）结焦稳定性及

5、（720oC、3.5MPa、30-142min）生长历程。发现新型高密度碳氢燃料结焦稳定性主要问题在于管壁催化结焦反应导致一定程度的渗碳现象，一定程度降低管壁机械强度。通过研究不管时长的结焦生长历程，发现结焦初期存在纤维碳的形成期，纤维碳初步形成后会继续发生金属颗粒催化的轴向生长和自由基反应的径向生长，并保持平稳的速率，随着反应继续进行，由于无定型碳覆盖作用，纤维碳生成速率逐步降低。关键词：高密度；吸热型碳氢燃料；热裂解；结焦ABSTRACTHighdensityendothermicfuelononehandmeetstheheatsinkdemandofcoolingchannelth

6、roughspecificheatandendothermicreaction,solvingtheproblemsofthermalmanagementofadvancedaircraftathighspeedflight;ontheotherhand,thevolumeofhighercalorificvaluecaneffectivelyreducethevolumeofoiltank,reducevehiclefrictionresistance,andprovidesufficientairpropulsion.Theelectricallyheatedtubetestisuse

7、dtoinvestigatethepyrolysisbehaviorofhighdensityendothermicfuelsystematicallyinthemicro-channelunderhighpressuretogetfurtherinsightintothepyrolysismechanismandkinetics,andthestabilityandgrowthprocessofcokeisinvest