高溫高壓燃燒彈平臺建設(shè)及其在若干運輸燃料組分火焰?zhèn)鞑ブ械膽?yīng)用.pdf

1、減少化石燃料燃燒產(chǎn)生的污染物并提高其燃燒能源利用效率，是當(dāng)今燃燒學(xué)的主要研究目標(biāo)。液體運輸燃料如汽油、煤油、柴油和生物燃料等由于其高能量密度且易于存儲輸運，被廣泛用于為各類動力裝置。碳氫運輸燃料通常由包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴在內(nèi)的上百種烴類組分組成，直接分析它們的燃燒過程尤其是燃燒反應(yīng)過程難度極大。因此實驗燃燒研究中通常選取這些燃料中的三到五種典型組分組成運輸替代燃料來模擬其理化性質(zhì)和燃燒特性，并開展各類燃燒研究，因此需要對液體運輸燃料

2、的典型替代組分的燃燒特性進行研究。
　　層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁穷A(yù)混燃燒最重要的宏觀參數(shù)之一，可以在較寬壓力、溫度和當(dāng)量比范圍內(nèi)進行測量，在發(fā)動機設(shè)計、湍流燃燒等研究領(lǐng)域發(fā)揮著難以替代的作用，并被廣泛地用作驗證燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型。然而由于運輸燃料典型組分通常都是100℃以上的高沸點燃料，因此目前對于運輸燃料典型組分的層流火焰?zhèn)鞑パ芯咳匀黄赜诔汗r，高壓實驗研究非常匱乏。本論文發(fā)展了一種新型電加熱高溫高壓單腔體燃燒彈實驗裝置，在此裝置

3、上完成了運輸燃料典型組分的寬壓力層流火焰?zhèn)鞑パ芯浚詫嶒灲Y(jié)果為基礎(chǔ)對現(xiàn)有模型進行了驗證和發(fā)展。本論文的工作分為以下四章:
　　第一章介紹了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊睦碚摶A(chǔ)和實驗測量方法，并總結(jié)了目前國內(nèi)外層流火焰?zhèn)鞑パ芯康默F(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，指出了高沸點燃料高壓火焰?zhèn)鞑パ芯抗ぷ鞯闹匾饬x;
　　第二章詳細介紹了本論文發(fā)展的新型高溫高壓燃燒彈實驗平臺的設(shè)計目標(biāo)和具體設(shè)計過程，包括實驗平臺的結(jié)構(gòu)、進樣、溫控、點火和光路系統(tǒng)的設(shè)計細節(jié)。本實

4、驗平臺可以開展高沸點燃料在壓力高達20 atm下層流火焰?zhèn)鞑y量，同時還發(fā)展了基于Matlab平臺的實驗數(shù)據(jù)自動處理程序。
　　第三章闡述了對此新型實驗臺的全面實驗驗證和系統(tǒng)的不確定度評定。以甲烷、乙醇燃料為基礎(chǔ)，寬范圍內(nèi)的實驗表明本實驗臺可以得到重復(fù)性好、精確度高的火焰?zhèn)鞑?shù)據(jù)。對實驗中各種可能的不確定性來源進行了系統(tǒng)的評估，得到了初始溫度、壓力、當(dāng)量比以及火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟淮_定度。
　　第四章以運輸替代燃料典型替代組分為研

5、究對象，系統(tǒng)地開展了烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和生物燃料的層流火焰?zhèn)鞑パ芯?。研究工作在從常壓到接近發(fā)動機內(nèi)部實際工況的條件下進行，采用這些燃料的詳細燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型進行了數(shù)值模擬。烷烴和環(huán)烷烴在火焰?zhèn)鞑ブ凶蠲舾械姆磻?yīng)主要是小分子物種反應(yīng)。然而對于芳烴燃料，苯環(huán)結(jié)構(gòu)的存在使得許多中間體有較強的共軛穩(wěn)定性，芳烴燃料的火焰?zhèn)鞑艿饺剂戏肿咏Y(jié)構(gòu)的顯著影響。生物燃料由于氧原子的存在，燃燒特性同傳統(tǒng)的碳氫燃料具有一定區(qū)別，在火焰?zhèn)鞑ブ姓宫F(xiàn)出同烷烴燃料略