低压环境下RP-3航空煤油自燃特性研究

开展了低压环境下RP-3航空煤油的自燃特性研究,测试了101 kPa、80 kPa、60 kPa、40 kPa、20 kPa五种压力环境下航空煤油自燃点及着火延迟时间数据。结果表明,随着环境压力降低,自燃点升高,并基于谢苗诺夫热自燃理论,建立了耦合压力参数的自燃点预测模型。分析了环境压力对着火延迟时间的影响机制,建立了不同环境压力下的着火延迟时间预测模型。分析了GB/T 5332—2007标准在低压环境下测试存在的问题,并提出了相关改进方法。

基于空气辅助喷射不同温度航空煤油喷雾特性可视化研究

为了探明燃油温度和喷油脉宽对空气辅助航空煤油喷雾特性的影响,在定容燃烧弹上搭建空气辅助燃油喷射系统,利用高速阴影成像技术探究了不同燃油温度和不同喷油脉宽下航空煤油的喷雾特性。研究表明,当喷油脉宽为12 ms时,高温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴径向运动,低温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴轴向运动,燃油温度从40℃降低到-40℃时,平均索特平均直径增大了14.7%,小粒径的占比大幅度减少;燃油温度为-40℃时大喷油脉宽下出现的“两段喷雾”对喷雾前后期的贯穿距和面积有不同的影响,喷雾卷吸幅度和宽度增大,喷油脉宽从5 ms增加到14 ms时,平均索特平均直径增加了22.2%。因此低温冷起动大喷油脉宽时,适当提高燃油温度可有效促进发动机顺利起动。

煤直接液化航空煤油自着火特性实验及动力学研究

煤直接液化(DCL)航空煤油含有大量的环烷烃,与传统航空煤油成分差异较大,研究DCL煤油的着火特性及反应动力学对于深入认识其燃烧性能及其推广应用具有重要意义。因此,本文使用快速压缩机测量了DCL煤油,RP-3煤油及其混合物在不同当量比和压力下的着火延迟期,对比了DCL与RP-3煤油的燃烧放热及相对反应活性,分析了二者低温反应活性差异的动力学机制。使用实验数据验证了文献中DCL煤油的化学反应动力学模型,并通过构建替代物组分中正戊基环己烷的化学反应机理,提高了模型对DCL煤油着火延迟和高温裂解产物的预测性能。研究结果表明,DCL煤油的着火放热量更高,其着火延迟期在高温下(>1000 K)与RP-3接近,而在低温下(<750 K)则略高于RP-3。DCL煤油中大量的环烷烃成分阻碍了燃料分子低温链分支反应的进行,抑制了其低温反应活性,有利于降低燃料进入主燃区前发生自燃的倾向。

基于机器学习的CO_(2)催化加氢制航空煤油筒式反应器数学模拟分析与优化

借助Fe基催化剂,CO_(2)通过加氢反应可成功转化为高附加值的航空煤油,具有很好的工业应用潜力。目前缺少准确适宜的CO_(2)加氢合成航空煤油的反应器模型,因此亟需对其反应模型进行构建,为相关工艺的工业化提供参考。通过机器学习探究实验条件和关键组分CO和CO_(2)物质的量分数关系,构建了关键组分CO和CO_(2)预测模型;基于Anderson-Schulz-Flory分布规律,构建了碳链增长模型,进一步构建了产物分布模型;基于催化床层物料衡算、热量衡算和压降计算,建立了筒式固定床反应器的一维拟均相模型;通过模拟一定工艺条件得到了CO_(2)加氢合成航空煤油的反应结果,并对工艺条件进行了模拟优化。模拟结果表明,反应器进口温度升高、空速增大,CO_(2)转化率降低,航空煤油集总组分C_(11)H_(24)时空产率增加;操作压力增大,CO_(2)转化率增加,C_(11)H_(24)时空产率在反应压力为2.0 MPa时最高;饱和沸腾水温度升高,CO_(2)转化率和C_(11)H_(24)时空产率增加。最佳CO_(2)加氢制航空煤油反应条件:反应器进口温度为275℃、进口压力为2.0 MPa、空速为4000 h-1和饱和沸腾水温度为294℃。此时CO_(2)转化率为21.95%,C_(11)H_(24)时空产率为12.14g/(L·h),床层压降为0.20MPa。

“双碳”背景下可持续航空煤油的研究现状与展望

全球航空业年均排放约10亿t CO_(2)当量,约占全球总排放的2.8%。在“双碳”背景下,构建航空业脱碳体系、大力发展可再生能源在民航业的应用,已成为全球航空业重要的战略方向。简要论述了民用航空业的脱碳政策、现状、关键技术、存在问题及发展策略,发现航空业的可持续发展受制于其能源结构,面临严峻挑战,而可持续航空煤油是其中最有效、最可普及、最符合发展需求的减排方式。对可持续航空煤油的技术路径及其关键工艺进行详细论述,为民航业通过可持续航空煤油实现脱碳发展提供方向引导。

航空煤油/乙醇混合燃料荷电喷雾特性研究

研究了航空煤油/乙醇混合燃料E0、E10、E30、E50的荷电雾化模式及特性,考察乙醇掺混比例、燃料流量、喷嘴孔径对荷电雾化特性的影响。结果表明,在0~10 kV荷电电压范围,E0燃料主要呈单一模式——液滴模式。随着荷电电压的增加,E0燃料由液滴形状转变为纺锤形状;E10、E30、E50燃料均先后出现液滴、脉冲射流、锥射流、偏射流、多股锥射流模式,其中液滴模式由液滴形状变为微液滴形状。随着乙醇掺混比例的增加,E10、E30、E50的雾化模式转变所需的临界电压逐渐减小,雾化锥角逐渐增大。随着燃料流量的增加,荷电雾化锥角逐渐增大,雾化模式转变的临界电压逐渐增加。喷嘴直径从1.05 mm减小为0.30 mm,荷电雾化锥角变化不明显。

航空煤油热物理特性实验研究

针对广泛应用于飞机发动机的碳氢燃料,开展了-10℃~40℃温度区间内的热物理特性参数实验研究。以某检定中心提供的航空煤油作为样品,测试了其在不同温度下的密度、黏度、压缩系数和膨胀系数。研究结果显示,航空煤油黏度和压缩系数与温度呈正相关,而密度与温度呈负相关,并且随着温度的增大,航空煤油膨胀系数表现为先减小后增大的趋势。在此基础上,结合标准温度下各参数的测量结果提出了密度、黏度、压缩系数和膨胀系数随温度变化的数学预测模型。研究对于航空煤油密度、黏温关系的预测误差在10%以内,而膨胀系数预测模型有待进一步完善。

RP-3航空煤油/O_(2)预混火焰不稳定性研究

为获得RP-3航空煤油不稳定燃烧特性,采用定容燃烧实验装置开展初始压力0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa,初始温度420 K、450 K、480 K,当量比1.0~1.7工况下RP 3航空煤油/O_(2)预混火焰层流燃烧特性的实验研究。结果表明:随着初始压力和当量比增加,火焰锋面明显由光滑变为褶皱,内部出现胞状结构,火焰趋于不稳定。通过分析过渡加速起始半径发现,随着初始温度、初始压力和当量比增加,过渡加速起始半径减小,预混火焰的不稳定现象提前。另外,计算扰动增长率并分析其对火焰稳定性的影响发现,质热扩散作用对火焰稳定性的影响占据主导地位,流体动力学作用其次。进一步研究发现,质热扩散作用主要取决于分子扩散项,随着当量比增加,其值由负向正变化,证明分子扩散作用对预混火焰不稳定影响逐渐增强。

高温高压环境下RP-3航空煤油单液滴的加热与蒸发特性研究

RP-3航空煤油是当前国内最常用的商用喷气燃料,煤油液滴在航空发动机燃烧室中的蒸发直接影响燃料的雾化效果、空燃混合气的形成和燃烧质量。本文以单个RP-3航空煤油液滴为研究对象,选取正十二烷、2,5-二甲基己烷、甲苯作为替代燃料,提出了一个考虑自然对流效应的高温高压环境下多组分液滴蒸发模型。利用自主搭建的试验装置得到了环境压力为1MPa、环境温度为473~673K下RP-3煤油单液滴在蒸发过程中的液滴直径变化。模型预测结果与试验结果的对比验证了模型的准确性。通过模型预测了不同环境参数下三组分替代物液滴直径、内部温度分布、各组分质量分数分布和液滴寿命等参数的瞬态变化,定量分析了不同高温条件下环境压力对单液滴蒸发特性的影响。结果表明,液相内部的传热传质会影响多组分液滴的蒸发速率,且液相扩散阻力造成了液相内部组分质量分数与温度空间分布的不均匀性。环境压力对RP-3煤油液滴蒸发寿命的影响随环境温度的变化而变化。当环境温度低于正十二烷的临界温度(658.25K)时,液滴寿命与环境压力的关系不是单调的,液滴寿命随环境压力的增加先增后减;而当环境温度超过658.25K时,液滴寿命随环境压力的升高而单调减小。这是因为在高温高压环境中,环境压力的升高能显著增大自然对流传热传质强度,而自然对流超过一定强度时,能明显促进液滴蒸发。上述研究有利于认识液滴内部组分扩散过程,从源头上为未来高性能低污染发动机的优化设计提供依据与参考。

增产航空煤油的优化措施

为了提高航空煤油(以下简称航煤)产量,对中国石油华北石化公司航煤生产状况及存在问题进行了分析,并在现有装置基础上,采取了优化常减压装置原油品种,拓宽航煤馏分,增加加氢裂化原料,级配多产航煤催化剂等措施。结果表明:通过采取以上优化措施后,直馏航煤收率由4.37%提高至9.72%;加氢裂化装置负荷由55%提升至80%,加氢裂化航煤收率由33%提高至48%,总航煤产量增加97万t/a,汽柴油产量减少90万t/a。

航空煤油加氢装置加热炉CO含量超标问题分析及对策

分析了某石化公司航空煤油加氢装置加热炉运行过程中CO超标的问题,并提出改进措施,在不改变燃烧器本体基础上,通过在线改造燃料气枪,设计出燃料分级低氮低CO燃烧器。结果表明:引起加热炉运行期间产生大量CO的原因主要有加热炉炉膛温度低、燃烧器实际热负荷变动大、燃烧器结构局限性等;经计算流体动力学(CFD)模拟,改造后燃烧器火焰中心的最高燃烧温度为1364.18℃,低于NO_(x)大量生成的温度(1450℃以上),NO_(x),CO排放质量浓度分别为35.00,26.45 mg/m^(3);改造后的燃烧器通过燃料预混耦合燃料分级燃烧的方式,调整2套燃料气枪燃烧负荷,使得火焰燃烧更完全,加热炉总烟气中CO质量浓度由改造前最高(1262 mg/m^(3))降至最低(18.00 mg/m^(3)),同时,烟气中NO_(x),SO_(2)等污染物远低于排放指标。

生物质基航空煤油制备技术的研究进展

航空业是运输业的主要支柱,航空煤油的需求量日益增长。利用生物质制备航空燃料既可降低对化石能源的依赖,还可助推双碳政策的实施。以目前主流的“两步法”综述了生物质基航空煤油的制备技术:从发酵技术、水热技术和热解技术这三个方面介绍了生物质基燃油制备技术的研究现状,并进一步围绕加氢脱氧和费托合成这两个主流方向阐明了生物产品提质制航空煤油技术的发展现状。在此基础上,对生物质制航空燃油技术的发展进行了展望,生物质的加氢热解以及生物质与富氢固废热解有望实现杂原子的源头脱除,而抗杂原子毒害的高效催化剂是未来可能的发展方向。

液相色谱法测定航空煤油总芳烃含量中的应用

通过液相色谱法测定航空煤油中总芳烃,验证次方法在测定航空煤油中总芳烃分布的可行性,提高了分析数据的真实可信度,因为航空煤油中芳烃含量直接影响着燃料油的使用性能,对航空煤油芳烃含量数据检测非常重要,结果表明:用液相色谱分析航空煤油,与荧光指示吸附法(GB/T11132)相比减少了人工操作步骤,分析过程时间由2.5小时减少到25分钟。此方法具有分析快、数据准确度高,操作简便,低污染等优点,提高了航 空煤油芳烃组成分析,降低了实验成本。

降低航空煤油长输管道固体颗粒物含量

针对机坪管网及加油车固体颗粒物含量突增情况,调查分析产生部位为航空煤油长输管道,就其固体颗粒物含量增加的原因展开了分析调查,并根据实际情况采取措施来降低其氧化铁含量。此外,为延长长输管道的使用寿命及清洁性,提出了一些加强管道油品安全管理的对策措施。

RP-3航空煤油裂解台架搭建及实验分析

本文设计并搭建了一套用于探究航空煤油RP-3裂解结焦的实验系统。详细地介绍了航空煤油裂解实验系统各个子系统的主要构成和主要功能。然后,利用所搭建的航空煤油裂解实验系统测量了航空煤油在入口温度285℃、压力3 MPa、质量流量0.44 g/s条件下的裂解特性,实验结果表明:在上述条件下,航空煤油的临界结焦功率为730 W;其裂解过程中进出口前后压差随着加热功率逐渐增大;同时产气速率随着功率增加逐渐增大,且在结焦时由于管路堵塞会有下降的现象;同时增加加热功率有助于航空煤油的裂解。

后疫情时期中国航空煤油市场预测

三年新冠病毒疫情接近尾声,防控措施在国务院联防联控机制发布的两个通知下落幕。疫情及管控措施对中国航空业产生重大影响:民航运输总周转量高台跳水式陡降;客运大幅下降,货运逆市大增;国内航线运输周转量震荡坚挺,国际航线持续低迷;航煤供需大幅萎缩,进出口量总体下降;月度消费量宽幅震荡,航线消费量表现各异。后疫情时期,疫情的长尾效应依然存在,国际航线恢复面临国家间博弈的压力,国内航线恢复面临高铁的激烈竞争。综合这些因素,预测2023年中国航煤需求恢复至疫情暴发前水平的80%以上,2024年恢复至疫情暴发前2019年的消费水平。中长期看,随着航空新能源的探索试点和商业化应用,航煤需求峰值将提前5年到来,峰值较无疫情情景下降1000万吨左右。

掺混比例对航空煤油/柴油的着火和碳烟排放影响

航空煤油/柴油掺混作为一种典型的宽馏程燃料,具有提升着火能力、改善低温冷起动并对柴油机结构可靠性影响较小等潜在性能.基于电加热定容燃烧弹,耦合纹影法、广域低通化学发光法和高频背光消光法等光学诊断方法,研究了不同航空煤油掺混比例对航空煤油RP-3/柴油掺混燃油喷雾、着火和碳烟排放特性的影响.结果表明:在航空煤油中掺烧柴油,有利于提高掺混燃油的着火能力,但同时也会提高碳烟排放,产生明显的红外信号.随着柴油掺混比例的增加,冷态喷雾体积几乎没有变化,但在高温蒸发环境下,喷雾锥角及体积均略微下降.添加25%(体积分数)的柴油可明显缩短着火滞燃期,且碳烟面积和碳烟质量规律与纯煤油相近,随着柴油组分的进一步增加,碳烟面积和碳烟质量都相应明显增加.此外,掺混25%柴油的航空煤油掺混燃油,可大幅提高燃油的着火性能,且碳烟排放维持在较低水平;航空煤油中添加较少比例的柴油适合在航空发动机中使用,从而成为一种比纯航空煤油更有潜力的单一燃料.

二冲程点燃式航空煤油发动机燃油消耗率及氮氧化物排放特性分析

针对某二冲程火花点火式活塞发动机燃烧航空煤油时燃油消耗率及氮氧化物排放特性的研究,采用GT-Power软件进行了数值模拟分析。首先建立了该发动机的整机模型,并利用发动机转速为6000r/min时的全负荷工况的缸内压力的数值模拟结果以及在3500r/min到6500r/min转速范围内的扭矩及功率等数值模拟结果分别跟试验数据进行对比分析,验证了GT-Power数值模拟计算模型的正确性。然后采用该模型对该发动机工作过程中的压缩比、空燃比、点火提前角、进气压力、进气温度等参数的变化对燃油消耗率以及氮氧化物生成量的影响进行了模拟计算。结果表明:在6000r/min工况下,压缩比增大使燃油消耗率降低,进气压力和进气温度增大均使得燃油消耗率升高,空燃比和点火提前角增大均使燃油消耗率呈现出先减小后增大的特点,燃油消耗率在空燃比为15.5和点火提前角为25°CA时出现了极值点;压缩比、进气压力、进气温度和点火提前角增大均使氮氧化物生成量增多,空燃比增大使得氮氧化物生成量出现了先增多后减少的现象,在空燃比为15.5时氮氧化物生成量达到峰值。

基于GRA-IWOA-ELM的航空煤油闪点值预测

针对常一线航空煤油闪点值预测提出基于灰色关联分析法(grey correlative analysis,GRA)与改进的鲸鱼优化算法(improved whale algorithm,IWOA)优化极限学习机(extreme learning machine,ELM)的软测量方法.利用GRA计算出各个辅助变量与待测变量的信息关联度,通过实验法选取辅助变量作为输入,然后利用IWOA为ELM寻找最优权阈值.在算法迭代前期,利用改进的Tent混沌映射进行种群初始化使种群分布更加均匀,利用自适应权重结合随机差分变异策略来提升算法的寻优能力,通过8个基准测试函数对改进算法的有效性进行验证.通过某炼油厂常压塔常一线航空煤油闪点实际数据,验证了改进模型对闪点值预测的有效性.

高温高速气流中航空煤油横向射流实验研究

横向射流是航空发动机加力燃烧室中常见的煤油掺混组织方式。本文使用激光诱导荧光(PLIF)技术,在加力燃烧室的工况条件下,对航空煤油横向射流过程进行测量,研究了液气动量比、气体雷诺数、气体韦伯数对射流深度的影响。通过自编程序对煤油PLIF结果进行处理,获取了横向射流的射流深度。进行了空气来流温度303~1100K,气流速度100~300m/s,液气动量比9~843,气体雷诺数357~4863,气体韦伯数61~716内射流深度的测量。结果表明,射流深度随动量比的增加而显著增大;气体雷诺数的增加增强了动量比对射流深度的影响;射流深度随气体雷诺数的增加而增大,但增大程度随气体雷诺数的增加而减小;射流深度随着气体韦伯数的增加而减小,但气体韦伯数对射流深度的影响相对次要。通过对实验数据的拟合,获得了无量纲射流深度关于无量纲轴向距离、动量比、雷诺数以及韦伯数的经验公式。