乙炔在高密度液体燃料中的溶解性研究

发布时间：2020-08-25 16:34

【摘要】：液体碳氢高密度燃料,作为目前航空航天工业发展的基石,是为各种航天发动机提供动力保障的关键,在推进剂领域占据着十分重要的地位,而随着航空工业的日益发展,航空航天飞行器的性能(包括航程、航速和有效载荷等)越来越重要,而高密度燃料的性能恰巧是保障飞行器性能的关键因素,因此时代对于高密度燃料的性能提出了更高的要求。过去,采用化学方法人工合成确实成功制备出一系列性能优良的燃料,在密度和体积热值上实现了提升,但是伴随而来的,是随着密度的增加,燃料的冰点和粘度急剧增加,在应用当中已经出现了困境,因此采用化学方法进一步提升燃料的密度和体积热值已经十分困难,需要继续寻找其它的方法提升燃料的性能。本论文将借鉴将含能颗粒(金属纳米颗粒)添加到高密度燃料中的思路,尝试将可燃性气体乙炔作为油溶性储能添加剂,对乙炔添加到高密度燃料中进行可行性测定,即对乙炔在高密度燃料中的溶解性进行测定,并通过物理吸附,化学束缚等方法,提升乙炔的溶解效果,对其在提升燃料性能方面,进行理论计算。首先,我们研究了乙炔在纯燃料(JP-10和QC)当中的溶解效果,发现乙炔溶解的量十分有限,在298.15K、100kPa的乙炔气相压力下,在JP-10和QC当中,乙炔的摩尔分数可以仅为0.60%和0.75%;之后利用三乙胺与乙炔之间的相互作用,将三乙胺引入高密度燃料当中,实现了乙炔溶解性的初步提升,在同温同压下,含有5%质量分数三乙胺的JP-10和QC可以溶解乙炔1.04%、2.04%摩尔分数;最后利用笼状分子之中的空穴结构,对乙炔进行包覆,进一步提升乙炔溶解性,在含有5%质量分数笼状分子的JP-10和QC,实现了乙炔溶解性的激增,分别达到了2.64%和6.26%。相较于JP-10和QC提升4.5倍和8.6倍。基于以上的乙炔溶解数值,对298.15K、100kPa乙炔压力的条件下,高密度燃料的理论热值进行计算,发现由于三乙胺在密度上的劣势,使得在热值测定方面,虽然质量热值上差别不大,但是体积热值却随着三乙胺量的增加,出现了一定程度的回落。而笼状分子作为固体添加剂,导致JPSx和QCSx在质量热值和体积热值上都出现了大幅度的提升,尤其在体积热值上,JPS5和QCS5,分别可以实现体积热值提升0.74 MJ/L和1.51MJ/L,提升程度达到2%和3.5%。这为可燃性气体作为油溶性储能添加剂提供了理论可能。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ517.4;TQ221.242;V511
【图文】：

碳氢燃料,高密度,液体,方法

图 1-1 高密度液体碳氢燃料的合成方法Figure 1-1 Synthesis method of high density liquid hydrocarbon fuel首先以理论为基础，对高密度燃料的分子模型进行设计，根据构建模型，分析其燃烧性能，对合成可行性进行初步探索；其次，对于初步确定的分子结构，进行实验线路的设计，确定合成方法，采用加成、异构化、加氢等方法对合成产物进行调控；接下来，根据实验数据进行调试，选择出最优化路径，并对催化剂进行优化，确定最优方案；在完成合成之后，对于得到的高密度液体燃料可以进行适当的改性，最后，测定理论结果，得到最终符合要求的燃料。1.2.2 高密度液体碳氢燃料的种类高密度液体碳氢燃料，虽然都是以碳、氢两种元素所构成的物质，但由于空间结构以及合成方法上的区别，高密度液体碳氢燃料可以分成以下几类：多环烃类燃料、金刚烷类燃料、高张力笼状烃类燃料、混合配制燃料和生物质高密度燃

光催化法,庚烷,降冰片二烯,自点火

过降冰片二烯光催化异构化直接制备[18,19]，如图1-2所示，目前已实现工业应用，且可以在常温下接触硝酸实现自点火，拥有点火燃料的潜质。其他燃料虽然热值、密度等性能优良，但生产工艺复杂，很少直接作为燃料使用，不过随着研究的开展和生产成本的降低，该类燃料有望成为新一代的高密度液体燃料。

六硝基

第 2 章笼状第 2 章笼状2.1 概述油溶性储能燃料添加剂，是指可以结构促进其他含能材料溶解，并且在的含能材料中，杂环类，尤其是含氮重点，含有氨基和硝基的物质，在燃实现快速燃烧。例如，六硝基六氮杂其优秀的刚性结构，可以实现瞬间的9500-9600 m/s，爆压 43 Gpa[57]。

【参考文献】