RP-3航空煤油替代燃料骨架机理开发及验证

基于航空煤油理化特性及燃烧条件,选取质量分数分别为73%正十二烷、14.7%1,3,5-三甲基环己烷、12.3%正丙基苯作为RP-3航空煤油的替代燃料,同时添加关键低温反应通道,使替代模型能够满足宽范围条件下的燃烧性能。采用敏感度分析简化方法得到包含86个物种和318个反应的骨架机理。利用Chemkin-Pro模拟了机理在多种工况下的点火延迟时间、层流火焰速度和重要物种浓度,并与实验数据进行对比验证,结果表明86个物种和318个反应的简化机理能够较好描述航空煤油的关键燃烧特性。元素流动分析和强制敏感度分析的结果表明,机理保留了关键物种和反应路径,具有较高保真度。该机理尺寸较小且包含低温反应通道,可用于航空发动机燃烧过程数值模拟,进一步探究航空燃料在工程应用中的实际问题。

不同富氧氛围下甲烷燃烧特性及其综合分析

针对富氧氛围下甲烷燃烧特性及其最佳的富氧条件,分别在氧气含量为21%、24%、27%、30%、33%和36%条件下开展了甲烷点火延迟时间、绝热火焰温度、火焰传播速度、羟基生成率及氮氧化物排放等燃烧性能研究,并采用变异扰动法实现了不同富氧氛围对甲烷燃烧贡献的定量化表征和综合评估,同时基于敏感度分析和反应路径分析等途径揭示了富氧氛围对甲烷燃烧的关键反应和微观机制的影响规律。结果表明:富氧氛围显著缩短了甲烷的点火延迟时间,有利于羟基的生成,且有效提高了绝热火焰温度和火焰传播速度,但其却增大了氮氧化物的排放;同时在本研究工况范围内确定了27%的含氧量是甲烷富氧燃烧的最佳氛围,动力学分析结果显示,富氧氛围对甲烷燃烧的重要路径影响不大,但会加快各通道的反应速率。

面向燃气轮机的氨/氢燃料掺混设计及其燃烧特性研究

为推进零碳燃料氨/氢掺混燃烧在燃气轮机中的应用,针对氨/氢燃料的掺混设计和燃烧性能开展研究。以氨/氢掺混燃烧设计为目标,以天然气的燃烧性能为参照,采用可靠的燃烧反应机理,在较宽工况范围和不同掺氢比下开展了氨/氢掺混燃烧特性及其可行性的数值研究,并确定了氨/氢混燃用于燃气轮机仿真实验研究的合理配比;同时系统分析了氨/氢掺混燃烧过程中NO的生成路径以及影响氨和氨/氢掺混燃烧温度变化的关键反应。结果表明:在点火延迟时间、绝热火焰温度、火焰传播速度等典型基础燃烧特性的判据下,氨/氢燃料在掺氢比为50%~55%范围内的燃烧性能与天然气相当;另外,氢气的掺混显著拓宽了氨气的稳定燃烧范围,为进行实际的燃气轮机工程燃烧仿真研究提供可行的掺混方案。