【摘 要】
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煤直接液化制备的喷气燃料(Direct coal liquefaction,DCL)是一种重要的航空煤油替代品,肩负着能源安全和环境保护的双重使命。通过考察DCL在不同温度、压力和当量比条件下的点火延时(Ignition delay time,IDT),可以为DCL的适航审定和商业化应用奠定基础和提供依据,同时也为DCL燃烧反应动力学机理的建立以及简化提供重要基础实验数据。激波管是通过入射激波和反
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煤直接液化制备的喷气燃料(Direct coal liquefaction,DCL)是一种重要的航空煤油替代品,肩负着能源安全和环境保护的双重使命。通过考察DCL在不同温度、压力和当量比条件下的点火延时(Ignition delay time,IDT),可以为DCL的适航审定和商业化应用奠定基础和提供依据,同时也为DCL燃烧反应动力学机理的建立以及简化提供重要基础实验数据。激波管是通过入射激波和反射激波对介质进行一维均匀绝热非等熵压缩的实验设备,它可以通过调节激波速度和实验区气体的初始压力获得较大范围的温度和压力参数,因而成为进行燃料点火和燃烧特性研究的主要实验设备。本文采用实验和数值模拟相结合的方法,对DCL、RP-3航空煤油(RP-3)及其混合燃料的点火特性进行了详细研究。论文的主要研究内容及结论如下:(1)对DCL、RP-3及50%DCL+50%RP-3混合燃料在压力为2.0 bar和10.0 bar,温度范围为920~1690 K,当量比为0.5、1.0和2.0的“空气”,点火条件下的点火特性进行了研究。结果表明,当量比和压力确定时,三种燃料的点火延时随温度的升高而缩短。当量比一定时,点火延时在总体趋势上随压力的增加而缩短。在低压(2.0 bar)条件下,点火延时在总体趋势上随当量比增加而增长;在高压(10.0 bar)条件下,点火延时在总体趋势上随当量比增加而缩短。相同工况条件下,三种燃料的点火延时变化不大;(2)基于DCL和50%DCL+50%RP-3混合燃料的物理性质和化学成分,分别建立了基于其成分的三组分和四组分替代模型,初步构建了针对这三种燃料的详细燃烧化学动力学机理,该机理包括793个物种和4358个基元反应。利用Chemkin Pro软件使用该机理分别对三种燃料的点火特性进行了预测,预测结果发现模拟结果与实验结果基本吻合;(3)利用新建机理分别对三种燃料点火过程的基元反应敏感度进行了分析,结果显示影响其点火特性的关键反应存在很大差异。对RP-3的敏感度分析结果表明,对点火促进作用最大的反应为H+O2<=>O+OH,对点火抑制作用最大的反应为HO2+OH<=>H2O+O2,与现有文献结果基本一致。影响DCL和50%DCL+50%RP-3混合燃料的关键基元反应基本相同,但与RP-3存在较大差异,对点火促进作用最大的反应为CH3+HO2<=>CH3O+OH,对点火抑制作用最大的反应为HO2+HO2<=>O2+H2O2,此外,十氢化萘的氢提取反应DECALIN+HO2<=>RDECALIN+H2O2对DCL和混合燃料的点火过程也有较为显著的影响。
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