静电场对正戊烷氧化结焦影响及模型研究

发布时间：2020-04-15 01:31

【摘要】：航空发动机作为民用及军用飞机“心脏”的动力装置,决定着我国航空事业的发展。然而航空发动机燃烧室易结焦积碳而影响发动机的安全运行和使用寿命。如何在不改变燃料燃烧性能条件下,低成本有效抑制或消除积碳,成为航空发动机技术瓶颈之一。目前已有理论和实验证实静电场会对流体流动及化学反应产生影响,因此,探索静电场对碳氢燃料氧化结焦的影响,发展静电场抑制结焦技术,有望为抑制碳氢燃料氧化结焦提供新方法。本文针对气态碳氢燃料在强电场作用下因受电场力作用而影响其流动与化学反应这一现象,以正戊烷氧化结焦为研究对象,通过数值模拟和实验相结合的方式,探究静电场对正戊烷氧化结焦的影响,并分析静电场对正戊烷流动及化学反应的作用机制,主要研究工作如下:首先,对正戊烷详细低温氧化结焦动力学模型进行对比分析,确定本文的化学反应模型。基于此模型,对正戊烷消耗的生成速率分析,得到正戊烷的氧化反应路径,确定正戊烷消耗的三条反应通道。通过对苯生成的生成速率及敏感性分析,确定动力学模型中的焦体代表组分,为研究静电场作用下正戊烷氧化结焦特性提供模型基础。其次,建立了描述碳氢燃料流动与化学反应耦合的数学模型,其中NavierStokes方程、泊松方程及电流连续方程描述碳氢燃料的流动特性;包含826种、4618步反应的正戊烷低温氧化结焦详细动力学模型描述燃料化学反应过程。并从正戊烷氧化结焦的计算方法及静电场的添加方式两方面对模拟方法进行验证,证明此数学模型具有良好的模拟精度。再次,利用静电场作用下的正戊烷氧化结焦模型对比研究了有/无化学反应情况下,电场强度、质量流量、温度及电场作用区域长度对正戊烷氧化结焦/纯流动的影响,分析了正戊烷在电场中的氧化结焦特性。结果表明,电场越强,对流体扰动越剧烈,甲醛(结焦前驱体主要代表组分)生成/消耗过程所放出/吸收的热量越少,甲醛生成/消耗量越少;质量流量越小,流线变形越大,反应越充分;温度越低,流动状态受电场影响越大,甲醛生成/消耗反应越不充分;电场作用区域越短,流场受电场影响越小,反应越充分,甲醛的消耗量越多。最后,设计了静电场作用下正戊烷氧化结焦实验系统,对正戊烷氧化结焦特性进行实验探究。得到不同电场强度时,正戊烷氧化结焦产物的分布情况,分析电场强度对正戊烷氧化结焦的影响规律,为后续研究奠定基础。
【图文】：

图 1-2 静电催化下的狄尔斯-阿尔德反应[30]了可以降低化学反应所需要的温度、提高反物质的选择性[31]比如，Gorin 等人[32]发现在环氧乙烷在氧化铝作为催化剂时，醛和酮产电场时候的选择性为 1:4，加入电场后的选

图 1-2 静电催化下的狄尔斯-阿尔德反应[30]外加电场除了可以降低化学反应所需要的温度、提高反应速率外，也学反应过程物质的选择性[31]比如，Gorin 等人[32]发现在外加电场条-2,3-二苯基环氧乙烷在氧化铝作为催化剂时，醛和酮产物的选择性会变化，不加电场时候的选择性为 1:4，加入电场后的选择性变为 173 所示。
【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】：2019
【分类号】：V231.2

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本文编号：2627967