正癸烷高温裂解对其燃烧性能的影响研究

发布时间：2017-10-28 06:39

  本文关键词：正癸烷高温裂解对其燃烧性能的影响研究

  更多相关文章： 正癸烷 高温裂解 燃烧 扩散火焰 反应机理

【摘要】：再生冷却是一种较为高效的超燃冲压发动机主动冷却方式。吸热型碳氢燃料在冷却通道内吸收发动机壁面散出的热量,液态燃油经过物理和化学吸热过程转化为气态或裂解生成小分子烃类化合物,之后通过燃油喷嘴喷入燃烧室燃烧,释放出主动冷却过程中吸收的化学和物理热沉。从而,燃油在冷却发动机壁面的同时也提高了其利用率。当前,燃料利用率的提高只是局限于定性分析,并未进行定量计算,也没有提出进一步提高燃料裂解后燃烧性能的方向。作为一种航空煤油的主要成分之一的正癸烷,经常被用于亚/超临界换热和裂解特性研究。基于以上分析,本文以正癸烷为研究工质,开展了高温裂解和燃烧实验,并对其裂解气相产物燃烧过程进行数值模拟,初步得出了燃油的高温裂解对燃烧性能影响的变化规律。课题研究中,首先基于已有的高温燃油实验台建立了裂解燃烧实验系统。本文先对该实验系统及工作原理做了介绍,并介绍了几种系统的重要部件及其测量原理。同时,详细阐述了实验数据处理方法,并将实验测量误差和数据处理误差进行了分析,以确保后面实验结果的准确性。其次,采用建立的裂解燃烧实验系统,分别进行了正癸烷燃油高温燃烧特性,低压裂解实验,和气相裂解产物扩散实验,研究了燃气流量、温度和组分浓度对燃烧火焰结构、层流火焰传播速度、火焰温度和火焰亮度等参数的影响,并总结了其变化规律。最后,使用路径通量分析的方法将正丁烷燃烧反应机理进行了简化,并使用CHEMKIN验证了简化结果的准确性。之后,采用简化后的燃烧机理进行了正癸烷裂解气相产物不同初始温度和不同组分浓度下的扩散燃烧数值模拟,获得了混合气中烯烃/烷烃的比例系数对其燃烧过程影响的变化规律。同时,清晰了燃气温度和组分浓度如何影响燃烧中间产物的分布,进而影响火焰燃烧特性的过程。
【关键词】：正癸烷 高温裂解 燃烧 扩散火焰 反应机理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景与研究意义9-12
• 1.1.1 高超声速飞行器发展历程9-10
• 1.1.2 再生冷却超燃冲压发动机的发展10-11
• 1.1.3 燃料高温裂解对燃烧性能的影响11-12
• 1.2 国内外研究现状及分析12-17
• 1.2.1 吸热型碳氢燃料裂解特性12-13
• 1.2.2 燃烧诊断技术的研究和发展13-16
• 1.2.3 碳氢燃料燃烧特性的研究现状16-17
• 1.3 本文的研究内容及章节安排17-19
• 第2章 裂解燃烧实验系统及误差分析19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 裂解燃烧实验系统19-24
• 2.2.1 系统原理19-20
• 2.2.2 实验系统重要部件20-24
• 2.3 实验数据处理方法24-31
• 2.3.1 产物分析24-26
• 2.3.2 火焰图像处理26-27
• 2.3.3 燃烧相关参数计算27-31
• 2.4 实验数据误差分析31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 正癸烷高温扩散燃烧实验研究35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 扩散火焰的稳定35-38
• 3.2.1 火焰不稳定现象35-36
• 3.2.2 喷嘴的选择和火焰的稳定36-38
• 3.3 正癸烷非裂解区扩散燃烧38-40
• 3.3.1 定义热扩散角38-39
• 3.3.2 油温对扩散燃烧的影响39-40
• 3.3.3 热端流量对燃烧的影响40
• 3.4 正癸烷裂解区扩散燃烧40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 正癸烷裂解及气相裂解产物燃烧实验43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 气相裂解产物燃烧实验台43-44
• 4.3 正癸烷低压裂解特性44-47
• 4.4 气相裂解产物不同流量下的扩散燃烧47-50
• 4.5 不同裂解温度下气相组分扩散燃烧50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 气相裂解产物的燃烧数值模拟53-77
• 5.1 引言53
• 5.2 数值模拟平台及方法53-59
• 5.2.1 计算平台的选择53-54
• 5.2.2 数值计算方法54-57
• 5.2.3 物理模型和边界条件57-59
• 5.3 化学反应机理及其简化方法59-63
• 5.3.1 化学反应机理59
• 5.3.2 反应机理的简化59-63
• 5.4 层流扩散火焰数值模拟63-74
• 5.4.1 不同反应机理的对比63-65
• 5.4.2 燃气初始温度的变化65-70
• 5.4.3 烃类组分浓度的变化70-74
• 5.5 数值模拟与实验结果的对比74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果83-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李鹏飞;费立群;金仁瀚;朱冬清;刘勇;;高密度烃层流火焰传播速度试验研究[J];推进技术;2015年08期

2 齐飞;李玉阳;曾美容;张凤;;燃烧反应动力学研究进展与展望[J];中国科学技术大学学报;2013年11期

3 李国娜;李春迎;王渭娜;沈文;吕剑;王文亮;;吸热型碳氢燃料正癸烷热裂解机理、热沉及产物分布的理论研究[J];燃料化学学报;2013年09期

4 常彦;王端阳;张锦萍;陈潞;黄思嘉;李娜;周屈兰;;火焰图像法计算气体层流燃烧反应动力学参数[J];燃烧科学与技术;2013年04期

5 肖红雨;高峰;李宁;;再生冷却技术在超燃冲压发动机中的应用与发展[J];飞航导弹;2013年08期

6 周灏;毛佳;汪必耀;朱权;王健礼;李象远;;正癸烷与二甲苯在超临界压力下的热裂解[J];物理化学学报;2013年04期

7 刘涛;纪军;齐飞;杨立中;徐明厚;黄佐华;尧命发;姚强;;我国燃烧领域的基础研究进展[J];中国科学基金;2012年06期

8 郭鹏飞;于加其;赵良玉;;临近空间高超声速飞行器发展现状与关键技术[J];飞航导弹;2012年11期

9 王峰;郑朝蕾;何祖威;张庆峰;王迎;李燕;;柴油替代燃料着火过程的动力学特性[J];重庆大学学报;2012年02期

10 宋在乐;范卫东;;常温高预混度甲烷火焰燃烧特性研究[J];锅炉技术;2012年01期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 巩春明;甯红波;徐佳琪;李泽荣;李象远;;正癸烷热裂解和催化裂解的实验和模拟研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第41分会：燃料与燃烧化学[C];2014年

2 蒋榕培;韩立军;刘国柱;张香文;;正构与异构链烷烃的裂解吸热性能[A];中国化学会第五届全国化学推进剂学术会议论文集[C];2011年

3 仲峰泉;范学军;王晶;;超临界压力下航空煤油热裂解特性研究[A];第一届高超声速科技学术会议论文集[C];2008年

4 卢小芬;;燃烧火焰温度测量法的实验研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（上册）[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 于维铭;航空煤油替代燃料火焰传播速度与反应动力学机理研究[D];清华大学;2014年

2 王金华;天然气-氢气混合燃料直喷燃烧特性和预混层流火焰研究[D];西安交通大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 宋昱;火焰图像处理与状态识别[D];南京航空航天大学;2012年

2 惠鑫;合成气稀释扩散火焰的实验和数值研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2007年

，

本文编号：1107101