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航空煤油燃烧反应动力学模型的简化是航空发动机燃烧室燃烧数值模拟研究中重要问题之一,它可以对煤油燃烧的CFD数值计算增加计算效率和减少收敛刚度,以及将化学反应引入到更复杂的三维湍流燃烧问题中等方面都具有决定性作用。本文提出两个研究方向:三组分替代燃料简化机理和双组分替代燃料简化机理。三组分替代燃料简化机理研究是利用碳氢燃料详细机理自动简化程ReaxRed对航空煤油RP-3三组分替代燃料(质量分数为73%的正十二烷、14.7%的1,3,5-3甲基环己烷和12.3%的正丙基苯)的半详细化学反应动力学模型进行了三步简化。三组分替代燃料半详细化学反应动力学模型包含有257组分和874步基元反应。第一步采用直接关系图法(Directed relation graph,DRG)构建了109组分423步基元反应,第二步在在第一步的结果上采用基于误差传播的DRG方法(Directed relation graph based on error propagation,DRGEP)和计算奇异摄动法(Computational singular perturbation,CSP)构建了84组分271步基元反应。最后采用路径分析法,对比详细机理和第二步的简化机理,去除不重要的反应路径(在本文工况中化学反应速率很小基元反应)或者补入被前两步简化方法删减错的重要路径。最终获得的三组分替代燃料简化机理为59组分和158步基元反应。双组分替代燃料简化机理研究是对双组分替代燃料(摩尔分数为92%的正癸烷,8%的正丙基苯)的化学反应动力学模型(包含有308组分和1865步基元反应)进行两步简化。第一步采用直接关系图法DRG将其进行简化,选取点火延迟时间与实验值吻合最优的方案作为简化机理开展下一步研究;第二步同样采用路径分析法对比详细机理和第一步简化机理中去除不重要的反应路径或者补入被上一步简化方法删减错的重要路径。最终获得的双组分替代燃料简化机理为62组分和194步基元反应。为了证明本文提出的两个简化机理的有效性,分别选取着火特性、火焰传播特性、各种中间基团的浓度、燃料释热率和绝热火焰温度等参数对本文的两个简化机理进行验证,通过比较确定三组分替代燃料简化机理相对较好。为了验证本文航空煤油简化机理的工程实用性,本文首先设计了以航空煤油为燃料的本生灯预混燃烧自动化控制试验台,对RP-3航空煤油的预混预蒸发燃烧火焰进行了试验测量。试验测量了当混合管内的雷诺数大于1150时,本生灯火焰会由层流火焰向湍流火焰过渡,因此当雷诺数大于1150时,即为湍流燃烧火焰。然后分别测量了三种不同工况(油气比分别为理想油气比、贫油和富油三种工况)时火焰中心轴线上和不同高度截面处沿半径方向上的燃气温度和燃气组分浓度。最后将上述所获得的航空煤油三组分替代燃料简化机理用于以航空煤油为燃料的本生灯预混燃烧火焰数值模拟中,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明两者吻合较好,说明本文获得的RP-3航空煤油三组分替代燃料简化机理在一定工况下可用于实际工程燃烧问题的数值预估。