主動冷卻通道內(nèi)超臨界碳氫燃料的熱裂解過程及動力學(xué)研究.pdf

1、近年來,隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,利用超燃沖壓發(fā)動機來實現(xiàn)高超聲速飛行應(yīng)用得越來越廣泛。然而當(dāng)飛行器的速度超過5馬赫時,其機身溫度隨著與空氣的強烈摩擦將高達數(shù)千度。目前尚無任何材料可確保飛行器在這種極端條件下正常工作。然而要是通過在飛行器外部增加循環(huán)冷卻系統(tǒng)會使飛行器負重超出,所以為解決這一問題研究者提出了有效冷卻系統(tǒng),稱為再生冷卻方法。這種冷卻方式的原理是,當(dāng)大分子碳氫燃料在進入燃燒室燃燒之前,首先吸收由飛行系統(tǒng)產(chǎn)生或燃燒室放出的熱量發(fā)

2、生裂解反應(yīng),生成燃燒性能優(yōu)良的富能小分子產(chǎn)物。這些小分子產(chǎn)物在燃燒室燃燒時又能釋放出大量的熱量,這些熱量繼續(xù)被燃料吸收發(fā)生熱裂解,這種循環(huán)方法提高了能量的利用率,減少了飛行器的負載,最重要的是有效管理了飛行器和發(fā)動機的熱量。因此,對碳氫燃料在換熱管路內(nèi)的裂解現(xiàn)象的研究至關(guān)重要。
　　本文采用電加熱實驗裝置,在主動冷卻通道內(nèi)(內(nèi)徑為Φ2mm的高溫合金管)分別研究了正構(gòu)烷烴(包括正辛烷、正癸烷和正十二烷),環(huán)烷烴(包括JP-10、甲基

3、環(huán)己烷和十氫萘)以及二元混合烷烴(正癸烷和十氫萘按照質(zhì)量比為1:1配制)在高壓超臨界條件下的熱裂解反應(yīng)。
　　在高壓5MPa,溫度范圍為500至710℃條件下考察了正構(gòu)烷烴超臨界熱裂解反應(yīng),并給出了正構(gòu)烷烴熱裂解的主要產(chǎn)物隨管長的分布,典型產(chǎn)物的摩爾選擇性隨原料轉(zhuǎn)化率的分布,以及估算的停留時間隨管長的分布。并通過對中間餾分C5-C11的二次反應(yīng)的研究,給出了修正的二次裂解反應(yīng)模型,很好地填補了Ward等提出的PPD模型不能適用于高

4、轉(zhuǎn)化條件和不能預(yù)測芳烴的缺陷。
　　在高壓4MPa及進料速率為0.6g/s的條件下,研究了環(huán)烷烴在超臨界狀態(tài)下的熱裂解反應(yīng),并得到了高轉(zhuǎn)化率下環(huán)烷烴氣液相產(chǎn)物隨管長的分布。通過計算得到了各環(huán)烷烴停留時間隨管長的分布,進而得到了環(huán)烷烴超臨界熱裂解反應(yīng)的宏觀動力學(xué)方程。
　　按照質(zhì)量比為1:1的配比方法,配制了正癸烷和十氫萘的二元混合烷烴,并在高壓4MPa及高轉(zhuǎn)化率(>80％)條件下研究了二元混合烷烴的熱裂解反應(yīng)。通過實驗發(fā)現(xiàn),