吸热型碳氢燃料点火延迟时间的实验测量与机理研究

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1、天津大学硕士学位论文吸热型碳氢燃料点火延迟时间的实验测量与机理研究Experimentalmeasurementandkineticmodelingstudyofignitiondelaytimeforendothermichydrocarbonfuels学科专业：化学工艺作者姓名：裴闪闪指导教师：刘国柱教授天津大学化工学院2017年5月万方数据万方数据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

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论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：年月日万方数据万方数据摘要吸热型碳氢燃料因良好的吸热能力和能提供额外热沉的性能被提出用于解决先进飞行器的热问题。燃料在进入燃烧室

3、之前，在冷却通道内与发动机高温部件表面进行热交换，裂解得到燃烧性能良好的小分子烃类和氢气与未反应燃料（裂解态燃料）一同进入燃烧室内进行燃烧。与常规燃料相比，裂解态燃料不仅包括未反应的燃料，还包括稳定小分子和大分子产物以及部分自由基，裂解组分的复杂多样性以及自由基难以捕捉使其点火延迟时间的测量十分困难。为此，本文选用正癸烷为吸热型碳氢燃料模型化合物，通过激波管方法测量了正癸烷、正癸烷稳定小分子产物（裂解气）和二者混合物（正癸烷与裂解稳定分子混合物）的点火延迟时间。以此为基础，进一步理论研究了裂解态正癸烷的点火延迟时间。在电加热管实验的基础上，确定了裂解气和不同转化率下（17.61%，3

4、7.97%，62.15%和81.04%）裂解态正癸烷的组成，利用激波管分别测量了正癸烷、裂解气和正癸烷与裂解稳定分子混合物在1296-1915K，0.1-0.2MPa和当量比0.5-2.0条件下的点火延迟时间。正癸烷和裂解气均在贫燃/高压下有利于点火，与机理预测吻合较好，并得到了当前条件下点火延迟时间的经验关系式；裂解气的点火延迟时间大于正癸烷及其裂解态，仅当正癸烷与裂解稳定分子混合物在T>1480K，x=17.61%和x=37.97%以及T<1480K，x=62.15%时促进点火，但其促进作用是有限的。在正癸烷裂解理论计算的基础上，理论上考查了裂解压力和转化率、点火当量比和压力以及

5、自由基对裂解态正癸烷点火延迟时间的影响。发现，裂解态正癸烷的点火延迟时间随着转化率的增大而减小；裂解压力为5MPa下的裂解态正癸烷的点火延迟时间比3MPa下更短；贫燃/高压更有助于点火过程；自由基的存在明显降低了裂解态正癸烷的点火延迟时间。利用敏感性分析、自由基浓度变化和ROP分析分析了以上规律产生的原因。关键词：裂解态燃料，正癸烷，激波管，点火延迟时间，动力学机理，敏感性分析I万方数据II万方数据ABSTRACTEndothermichydrocarbonfuelsaredesignedtosolvethermalmanagementinadvancedaircraftduetot

6、heirgoodendothermiccapacityandtheabilitytoprovideextrachemicalheatsinksbyundergoingendothermicreactions.Priortocombustioninthecombustionchamber,firstlythefuelexchangesheatinthecoolingchannelandthenexperiencesthermaldecompositiontoproducesmallerhydrocarbonspecies(suchasethane,ethylene)andhydroge

7、nwithgoodcombustionperformance.Soitisamixtureofthepyrolysisproductsandunreactedfuel(markedascrackedfuel)togetherintothecombustionchamberthatundergoescombustion.Comparedwithconventionalfuels,crackedfuelsincludenotonlyunreactedfuels