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吸热型碳氢燃料正癸烷高温裂解机理研究

作　者: 贾贞健
导　师: 周超英；周伟星
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 正癸烷热裂解光电离裂解实验动力学模型
分类号: V31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着高超音速飞行器飞行马赫数的不断提高,不得不解决飞行器的冷却问题。飞行器工作在高速、高温、高强度燃烧的恶劣环境下,考虑到飞行器体积、燃料制备及储存等代价问题,常规燃料受到限制,高性能吸热型碳氢燃料具有更好的发展前景。此种燃料先在通过冷却通道吸收飞行器高温部件的热量并裂解成燃烧性能更高的氢气及小分子烃类,然后进入燃烧室内并将储存的物理热沉及化学热沉释放出来,此种再生冷却方式有效的解决了飞行器的热管理问题。因此,吸热型碳氢燃料是高超音速飞行器的核心关键技术之一。在燃料物理性质已确定的条件下,提高燃料的化学热沉成为提高其总热沉的有效手段,所以研究碳氢燃料的裂解机理对研究其吸热及燃烧释热规律有重要意义。本文通过正癸烷的低压及超临界裂解实验,得到了裂解产物分布随温度的变化规律。根据实验结果建立了正癸烷裂解动力学模型,得到了正癸烷裂解的裂解途径,分析了影响产物分布的关键反应。为吸热型碳氢燃料的制备及反应途径的控制提供实验数据及理论指导。首先,利用高压裂解实验系统进行了超临界高温裂解实验,对正癸烷的稳定产物进行了探测,得到了裂解稳定产物随温度的分布规律,并通过计算得到了正癸烷的热沉曲线,分析了其超临界条件下的吸热规律,为了探索自由基影响机制,添加引发剂进行了正癸烷的引发裂解实验,初步分析了甲基在反应中的作用。其次,发展了正癸烷的详细裂解机理,并模拟了正癸烷高压裂解过程,模拟结果与实验结果符合较好。通过产物生成速率(ROP)分析和敏感度分析分析了正癸烷裂解过程中的消耗路径及甲烷、乙烯等产物的生成及消耗路径,并对模型进行了简化,分析了自由基对产物分布的作用机制。最后,在中国科学技术大学的同步辐射实验室,利用同步辐射分子束质谱技术对正癸烷低压裂解产物,特别是不稳定自由基及中间体随温度的分布进行了实验研究,得到了主要产物的分布规律,明确了自由基在正癸烷裂解过程中的作用,为后续研究提供了基础。

吸热型碳氢燃料正癸烷高温裂解机理研究

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