正癸烷/空气旋转爆轰波形成与传播数值模拟

针对气液两相旋转爆轰波形成与传播问题,本文以液态正癸烷为燃料,采用欧拉-拉格朗日方法,通过三维数值模拟给出了两相旋转爆轰波的形成演变特点和自持传播机理。研究结果表明:在起爆阶段,通过调控初始燃料分布能够获得强度不同的爆轰波和压力波;在对撞阶段,爆轰波与压力波共发生4次对撞,由于缺乏燃料供给,压力波逐渐衰减并消失,爆轰波以单波模态传播;在稳定传播阶段,未燃燃料在三叉点处聚集形成未反应气流区并诱导产生局部爆炸。未反应气流区的周期性出现和局部爆炸是两相爆轰波自持传播的重要影响因素。

反应压力对HZSM-5催化正癸烷裂解反应性能影响

以HZSM-5分子筛为原料,制备具有微米及纳米尺寸的HZSM-5/MCM-41微孔-介孔复合分子筛催化剂。通过调节反应压力,探究催化剂在不同反应条件下对正癸烷催化裂解反应的影响。结果表明,在低压条件下,反应流体密度随系统压力升高而增大,有利于低碳烯烃芳构化,从而使得低碳烯烃选择性降低;当压力进一步增至高压时,主要裂解产物均位于近临界或超临界状态,进而降低低碳烯烃芳构化程度,提高低碳烷烃含量。

滚筒机动动作下超临界正癸烷管内流动换热特性的数值研究

为研究在飞行过程中滚筒机动动作影响下超临界正癸烷的管道内流动换热规律及物理机制,采用数值模拟方法,分析探讨了滚筒机动条件(飞行速度、滚动半径)对速度场和温度场的影响及有关机理。研究结果表明:滚动半径的增大和飞行速度的减小都会降低换热系数和增大流体速度。由不同工况下流体的浮升力系数Bo*和热加速系数Kv都小于临界值可知,流体的传热特性只受惯性力影响,其根本原因是在离心力和科氏力的作用下,流体速度不均匀分布导致管道内壁产生涡流,造成传热恶化。以上研究结果可为采用超临界正癸烷主动再生冷却方案的超燃冲压发动机热管理提供参考。

正癸烷燃烧反应中OH,CH和C_2自由基的瞬态发射光谱

采用ICCD瞬态光谱测量系统和加热激波管,在点火压力2.0atm,点火温度1 100～1 600K,当量比1.0,燃料摩尔分数1.0%条件下,实时测得了正癸烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱,光谱范围200～850nm。结果显示燃烧过程中主要发射光谱带归属于小分子中间产物OH,CH和C2自由基,光谱强度的变化反映了燃烧过程中三种自由基浓度的变化历程;正癸烷燃烧过程中光谱强度峰值之比大于同为链烷烃的正庚烷相应OH/CH峰强度之比,揭示出两种链烃燃烧反应机理有较大差异。实验还获得了正癸烷燃烧过程中能显示谱带转动结构的CH和C2高分辨特征发射光谱。实验结果对了解正癸烷燃烧性质和验证正癸烷燃烧反应机理很有意义。

正癸烷燃烧机理及航空煤油点火延时动力学模拟

以单一正癸烷作为国产航空煤油的单组分替代模型,应用自有的碳氢燃料反应机理生成程序Reax-Gen-Combustion构建了燃烧反应的详细机理.以国产煤油在加热型激波管上的燃烧实验为参考,对比研究了文献报道的3组分替代模型(模型Ⅰ)、2组分替代模型(模型Ⅱ)以及本文的单组分替代燃烧反应机理(模型Ⅲ)在预测我国航空煤油点火延时特性方面的实用性.结果表明,温度在1052～1538 K时,模型Ⅰ预测的点火延时与实验值相差较大;模型Ⅲ在温度高于1176 K时的预测值与实验值符合较好,在1052～1176 K之间时则相差较大;模型Ⅱ与模型Ⅲ预测值符合很好,由于前者考虑了低温反应机理,因而对1052～1176 K区间的预测精度与模型Ⅲ相比有所改善.计算还发现,模型Ⅱ中添加的20%(质量分数)1,2,4-三甲基苯对高温段点火延时未产生明显影响.

正癸烷热裂解实验和动力学模拟

采用自制常压裂解装置,研究了正癸烷在温度范围为973-1123K,停留时间为0.5-2s时,热裂解主要气相产物氢气、甲烷和乙烯的分布情况.根据自主开发的机理生成软件ReaxGen,构建了正癸烷热裂解的详细机理,该机理包含1072步反应和281个物种.进一步进行动力学模拟,并用实验结果进行了初步验证.结果表明,在反应的温度区间内,短的停留时间有利于乙烯和氢气的生成.通过敏感度分析,确定了常压下973K,停留时间为1s时影响氢气、甲烷和乙烯产量的主要反应步骤是烷基的重排和β裂解反应.

基于特征值分析的正癸烷骨架和总包简化机理

使用基于特征值分析的骨架简化方法对由118个组分和527个反应构成的正癸烷详细机理进行了简化,获得了一个由70个组分、327个基元反应组成的骨架机理;采用基于特征值分析的计算奇异摄动(CSP)简化方法对骨架机理进行进一步简化,得到一个38组分、34步的总包简化机理.通过对简化机理、骨架机理和详细机理的对比发现,简化机理和骨架机理能够很好地再现详细机理的特性,并能够描述正癸烷的主要燃烧特性,为进一步实现耦合化学反应动力学与流体力学的工程计算,提高计算效率提供了可用的燃烧模型.

磷改性Hβ分子筛对正癸烷异构化反应的催化性能

采用XRD ,NH3 TPD和Py IR等研究了磷改性对Hβ分子筛表面酸性质和催化性能的影响 .结果表明 ,少量磷的加入有效地改变了Hβ分子筛的酸量和酸强度的分布 ,使其弱酸量增加 ,强酸量减少 ,B酸中心增加 ,总酸量减少 ;在正癸烷异构化反应中 ,Pt/P Hβ催化剂显著提高了异构化反应的选择性 ,抑制了裂解反应的发生 .当 w(P) =0 75 %和w(Pt) =1 0 %时 ,正癸烷在Pt/P Hβ催化剂上的异构化反应的收率最高 .

正癸烷与二甲苯在超临界压力下的热裂解

采用连续流动装置对正癸烷和二甲苯在超临界压力下的热裂解对比研究.用气相色谱和色质联用仪对其气相产物和液相产物进行分析,计算气相产物产率和裂解转化率,并运用计算化学方法获得正癸烷和二甲苯不同化学键的键能,从实验和理论上分析其裂解反应的难易程度和裂解规律.实验结果表明,在4MPa和650、700、750℃条件下,正癸烷比二甲苯更容易裂解,正癸烷裂解产物以C1-C3小分子的烃类和氢气为主,而二甲苯裂解产物主要为乙苯、甲苯和其它芳香类化合物;键能计算结果表明,正癸烷碳链骨架的C-C键能和C-H键能均较小,裂解反应的诱发步骤应该是C-C键断裂,而二甲苯苯环上C-C和C-H键能均较大,裂解诱发步骤应该是侧链甲基脱氢反应.因此正癸烷裂解反应以C-C键断裂和脱氢反应为主,二甲苯裂解主要发生侧链甲基C-C键断裂和脱氢反应,而芳环则比较稳定,理论计算键能分析与裂解实验结果一致.

方形再生冷却通道内超临界正癸烷湍流传热数值研究

为了深入理解再生冷却过程中碳氢燃料的超临界湍流传热特性,以正癸烷为研究对象,对其在非对称受热(上壁面外侧加热)方形通道内的流动传热进行了数值研究。在数值方法可靠性得到充分验证的基础上,详细探讨了进口温度和压力等运行参数对通道上壁面和侧壁面内侧平均壁温和平均努塞尔数分布的影响。计算结果表明:在运行压力接近临界压力且主流温度处于拟临界温度附近的综合条件下,流体热物性剧烈变化导致的类膜态沸腾效应,引起了上壁面内侧显著的传热恶化现象。同时,不平衡压差诱发的通道截面速度场异常分布,进一步影响了上壁面内侧近壁区域流体的换热性能。另外,类膜态沸腾效应致使上壁面热流更多地传递到侧壁面,导致侧壁面平均努塞尔数大幅增大,相比于正常换热的最大增幅约为50%。

正癸烷脱氢生成直链单烯烃的热力学分析

较详细地计算了正癸烷脱氢生成各直链单烯烃主反应的热力学平衡参数 ,并对产物分布以及温度、压力、氢 /烃和惰性气 /烃摩尔比对平衡的影响进行了分析 。

超临界状态下正癸烷的催化裂解

采用HZSM-5型分子筛催化剂研究了超临界状态下正癸烷的催化裂解反应,考察了裂解温度、压力及正癸烷进料流量与反应转化率、气相产物收率的关系.实验结果表明,在400～500℃时,反应的转化率和气相产物收率随裂解温度的升高而增加,以400～450℃时尤为明显;超临界状态下正癸烷催化裂解所产生的气相产物收率随裂解压力的升高而减少;裂解时生成的产物主要为C3、C4、甲苯和乙苯.反应后生成大量小分子烃类,具有良好的燃烧性能.

SAPO-31分子筛的合成及其催化正癸烷加氢异构化反应性能

分别以异丙醇铝、硅气溶胶、磷酸为铝源、硅源和磷源,二正丁胺为模板剂,采用水热法合成了具有不同Si含量的纯相SAPO-31分子筛,并采用XRD、BET、SEM、NH3-TPD等手段对其结构和酸性进行了表征。再采用浸渍法制备了0.5%Pd/SAPO-31双功能催化剂,并在连续微型固定床反应装置上考察了其对正癸烷加氢异构化反应的催化性能,考察了SAPO-31分子筛的Si含量对其晶貌、孔结构特性、酸性和催化性能的影响规律。结果表明,随着SAPO-31分子筛酸性位的增加,Pd/SAPO-31催化剂上正癸烷的转化率提高,异构体中单甲基壬烷的选择性下降,在0.5%Pd/SAPO-31(n(SiO2)/n(Al2O3)=0.5)催化剂上正癸烷异构化产率达到最大值。

正癸烷热裂解的分子动力学模拟研究

介绍了应用分子动力学模拟手段对正癸烷的热裂解进行研究的初步结果。提出了 CHEN-YIN修正力场 ,并应用该力场对简化后的一种气态和两种液态的正癸烷系统的热裂解进行了分子动力学模拟。模拟在不同力场参数和不同温度下进行 ,3种系统中正癸烷的解离速率均约为 0 .4 ps- 1 ,气态系统的裂解产物主要是 C1 和 C2 ,而液态系统的裂解产物则主要是 C4～C7。结果表明 。

分子筛孔结构和酸性对正癸烷加氢裂化反应性能的影响

采用XRD,BET,NH3-TPD方法对不同孔结构的Beta、ZSM-5分子筛和两种不同介孔体积的Y型分子筛Y1、Y2进行表征,以正癸烷为模型化合物考察四种分子筛制备的加氢裂化催化剂的反应性能。结果表明,Beta分子筛的活性和异构选择性最高,Y型分子筛次之,ZSM-5分子筛的活性和异构选择性最低。对于Y型分子筛,介孔体积较大的Y2分子筛的异构癸烷选择性较高。在Beta和Y型分子筛上,正癸烷主要按照三支链叔碳正离子β-裂化机理生成较多的支链产物;在ZSM-5分子筛上,正癸烷主要按照单支链仲碳正离子β-裂化机理生成较多的直链产物。

正癸烷着火及燃烧的化学动力学模型

构建了一个包含46组分和167反应的描述正癸烷着火与燃烧过程的化学反应动力学机理模型,该机理是在通过路径分析和灵敏度分析对Peters机理(118组分和527反应)进行较大程度简化的基础上,对低温着火和火焰传播速度影响较大的部分基元反应进行修正和改进后得到的.与文献给出的实验结果对比表明,该机理不仪比现有的机理具有较少的组分数和基元反应数,而且.能够更准确地预测正癸烷低温和高温条件下的着火延迟时间和火焰传播速度.该机理为进一步实现总包简化机理与计算流体力学(CFD)的耦合计算奠定了基础.

水体系中正癸烷和正癸烯的光催化降解

以300W中压汞灯为光源,分别研究了水体系中正癸烷(n-C10H22)和正癸烯(n-C10H20)在TiO2光催化氧化作用下的降解.结果表明,它们的降解反应均符合一级动力学方程,在17.2nm TiO2下,n-C10H22反应速率常数(k)值为5.8010-3min-1,半衰期(t1/2)为120min;n-C10H20的k值为9.9010-3min-1,t1/2为70min.400℃热处理的TiO2对n-C10H22、n-C10H20光解的降解率分别为31%﹑50%,高于其他热处理温度.利用自旋俘获-电子顺磁共振(ST-EPR)方法,在光照的TiO2磷酸盐缓冲水溶液(pH=7.4)中检测到羟自由基加合物(DMPO-OH).产物分析表明,水体中n-C10H22光催化降解生成的中间产物为1-癸醇、2-戊酮、2-庚酮和2-癸酮;n-C10H20的中间产物为辛醛、壬醛、癸醛和2-癸酮.

正癸烷/甲苯/甲基环己烷火焰传播速度实验研究

由于实验系统中燃料与氧化剂预混气制备和工况维持稳定存在较大的难度,目前国内外针对大分子液态碳氢燃料火焰传播速度的实验测量结果的报道依旧不多。为此建立了一个针对液体燃料的对冲火焰实验台,并在该实验台上测量了正癸烷、甲苯、甲基环己烷等三种煤油代表性替代燃料与空气预混气的火焰传播速度。测量结果表明,在一个大气压下,初始温度为388K的甲苯/空气预混火焰、初始温度378K的正癸烷/空气和甲基环己烷/空气预混火焰的最大火焰传播速度分别为52.4cm/s,64.2cm/s,58.3cm/s。

正癸烷在不同酸性Y型分子筛催化剂上的加氢裂化反应

用3种酸性不同的Y型分子筛,采用孔饱和共浸渍法制备了NiW/Y-Al2O3双功能加氢裂化催化剂,以正癸烷为模型化合物,考察了硫化态NiW/Y-Al2O3催化剂上的活性、异构癸烷收率和二次裂化与Y型分子筛酸性的关系。结果表明,增加Y型分子筛上的中强酸量,能够提高NiW/Y-Al2O3催化剂的活性。反应温度较低(330℃)时,Y型分子筛中的中强B酸量和二次裂化相关;而反应温度较高(380℃)时,Y型分子筛的总酸量与二次裂化相关。反应温度升高,正癸烷转化率增加,异构选择性降低,异构癸烷收率先增加后降低,出现1个峰值。

正癸烷云雾气液两相浓度对其燃爆参数的影响

为研究正癸烷云雾在相同粒径条件下气液两相浓度对燃爆参数的影响,用测量液雾粒径与浓度的光学测量系统和20 L二次脉冲气动喷雾多相爆炸测试系统,测量了基于相同索特平均直径D32,不同气液两相浓度的正癸烷云雾,实验研究了其燃爆参数。结果表明,在D32为38.11μm,点火能为40.32 J的条件下,正癸烷气液两相云雾燃爆下限总浓度为199.29 g·m-3,对应的液相质量浓度为151.34 g·m-3,气相体积浓度为0.77%(V/V)。在可燃浓度范围内,最大爆温峰值与最大爆压峰值分别为812℃和0.97 MPa。在D32为38.11μm的条件下,正癸烷云雾液相浓度对燃爆下限影响较小,而影响正癸烷云雾燃爆下限的主导因素是气相浓度。