不同冷却通道内吸热型碳氢燃料热裂解和结焦特性研究
发布时间：2020-12-15 19:13
随着高超声速推进技术的发展,吸热型碳氢燃料(EHF)主动冷却热防护技术受到广泛关注。深入研究微通道内吸热型碳氢燃料的热裂解和结焦特性,对于发动机冷却结构设计和碳氢燃料应用性能评价都具有十分重要的意义。一般燃料研究多应用圆形通道,而发动机冷却结构多为方形通道。冷却通道几何结构的差异,可能导致燃料热裂解与结焦特性的显著差异,目前对该问题鲜有报道。本文旨在深入研究三种典型冷却通道几何结构内,碳氢燃料热裂解转化率和产物选择性,以及结焦形成的规律,并结合CFD模拟,深入解析通道结构对燃料热裂解和结焦的影响规律。在三种几何结构(长方形、正方形、圆形)的冷却通道内开展热裂解实验,并对出口截面的流体温度、流速分布进行数值模拟。研究发现,方形通道(包括长方形和正方形通道)较圆形通道内流体的近边界层温度偏高,流速偏低,导致裂解转化率偏高(进料流率4g/s,出口油温700°C,相差17.2%),并且甲烷和部分一次反应产物的选择性也出现差异。在三种几何结构的冷却通道内开展结焦实验,并对出口截面的产物浓度分布进行数值模拟。发现方形通道近边界层流体中,结焦前驱体(如甲苯)的浓度明显偏高,并且温度偏高,流速偏低。这...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
催化裂解与热裂解反应转化率与热沉比较
图 1-2 结焦的自由基加成生长Figure 1-2 Radical addition growth of carbon deposition上述机理可以看出，具有催化活性的金属、自由基反应以及温并促进结焦的影响因素。Eser 等[23]探究过 JP-8 在 500 °C 出口.4 MPa、进料流率 4 mL/min 以及反应时间 5 h 的条件下，管壁焦量和结焦性质的影响。他们发现 Fe、Ni 和 Co 能够催化结l 和 Nb 能够抑制结焦生长。对此，他们[24]提出通过在管壁涂焦。 等[25]通过向燃料中添加供氢剂（四氢萘）方式来抑制结焦。和正丁基苯为原料，在 450 °C 条件下，添加 10 vol %的四氢低 90 %，77 %和 54 %。这是因为在链增长阶段，自由基从供而达到稳定，这也因此抑制了自由基分解、环化、芳构化以及缩结焦反应。这也是为何 EHF 中通常会混配环烷烃和十氢萘的发生脱氢反应产生更多的热沉)。但是这种方法的弊端是降低
图 1-3 多通道结构截面与俯视示意图Schematic of an multi-channel cooling panel for hypersonic co[51]在研究中给出了一种分析模型，它能很好的预测应力，并基于这些信息给出了满足限制条件的最小重量比条件下的最优纵横比。此外，通过筛选符合条料最轻便，Nb 合金和带有涂层的高温合金尽管重量于加工以及成本低。不均一直是平板结构研究的一个重点。Sparrow 等[流量分布不均的问题。Tong 等人的研究比较了四种大分配歧管的截面积；2. 改变出口通道的截面积；之一椭圆型歧管。Chen 等[54]在一篇论文中详细的探热的相关问题。通过构建 3D 模型，他们详细分析了分布的影响，进而提出在每个支入口设置节流孔，能的问题，避免局部过热。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deterioration in Heat Transfer of Endothermal Hydrocarbon Fuel[J]. Weixing Zhou 1, Wen Bao*, Jiang Qin3 and Yunfeng Qu4 Harbin Institute of Technology, Harbin, China, 150001. Journal of Thermal Science. 2011(02)
[2]吸热型碳氢燃料研究进展[J]. 符全军,燕珂,杜宗罡,李宁. 火箭推进. 2005(05)
[3]吸热型碳氢燃料催化裂解的研究述评[J]. 何龙,潘富敏,林瑞森. 推进技术. 2001(02)
硕士论文
[1]考虑化学反应的并联通道高温碳氢燃料流量分配特性研究[D]. 姜俞光.哈尔滨工业大学 2014
[2]超燃冲压发动机再生主动冷却结构强化换热分析与设计[D]. 周有新.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2918771
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
催化裂解与热裂解反应转化率与热沉比较
图 1-2 结焦的自由基加成生长Figure 1-2 Radical addition growth of carbon deposition上述机理可以看出，具有催化活性的金属、自由基反应以及温并促进结焦的影响因素。Eser 等[23]探究过 JP-8 在 500 °C 出口.4 MPa、进料流率 4 mL/min 以及反应时间 5 h 的条件下，管壁焦量和结焦性质的影响。他们发现 Fe、Ni 和 Co 能够催化结l 和 Nb 能够抑制结焦生长。对此，他们[24]提出通过在管壁涂焦。 等[25]通过向燃料中添加供氢剂（四氢萘）方式来抑制结焦。和正丁基苯为原料，在 450 °C 条件下，添加 10 vol %的四氢低 90 %，77 %和 54 %。这是因为在链增长阶段，自由基从供而达到稳定，这也因此抑制了自由基分解、环化、芳构化以及缩结焦反应。这也是为何 EHF 中通常会混配环烷烃和十氢萘的发生脱氢反应产生更多的热沉)。但是这种方法的弊端是降低
图 1-3 多通道结构截面与俯视示意图Schematic of an multi-channel cooling panel for hypersonic co[51]在研究中给出了一种分析模型，它能很好的预测应力，并基于这些信息给出了满足限制条件的最小重量比条件下的最优纵横比。此外，通过筛选符合条料最轻便，Nb 合金和带有涂层的高温合金尽管重量于加工以及成本低。不均一直是平板结构研究的一个重点。Sparrow 等[流量分布不均的问题。Tong 等人的研究比较了四种大分配歧管的截面积；2. 改变出口通道的截面积；之一椭圆型歧管。Chen 等[54]在一篇论文中详细的探热的相关问题。通过构建 3D 模型，他们详细分析了分布的影响，进而提出在每个支入口设置节流孔，能的问题，避免局部过热。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deterioration in Heat Transfer of Endothermal Hydrocarbon Fuel[J]. Weixing Zhou 1, Wen Bao*, Jiang Qin3 and Yunfeng Qu4 Harbin Institute of Technology, Harbin, China, 150001. Journal of Thermal Science. 2011(02)
[2]吸热型碳氢燃料研究进展[J]. 符全军,燕珂,杜宗罡,李宁. 火箭推进. 2005(05)
[3]吸热型碳氢燃料催化裂解的研究述评[J]. 何龙,潘富敏,林瑞森. 推进技术. 2001(02)
硕士论文
[1]考虑化学反应的并联通道高温碳氢燃料流量分配特性研究[D]. 姜俞光.哈尔滨工业大学 2014
[2]超燃冲压发动机再生主动冷却结构强化换热分析与设计[D]. 周有新.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2918771
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2918771.html
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