双环戊二烯加压连续聚合制备高能量密度燃料

为制备密度大于1g.ml-1的高密度燃料母体化合物三环戊二烯(TCPD),研究了双环戊二烯(DCPD)的加压连续聚合反应。分析了聚合反应产物组成和反应途径,研究了反应条件的影响。与常压间歇反应相比,加压连续反应能极大地提高反应转化率和收率,优化产物组成,TCPD中挂式/桥式(exo/endo)比例大大提高,并生成新的产物exo-DCPD。反应途径分析表明,TCPD中exo/endo比例与exo-DCPD选择性呈线性正相关。研究发现,为维持反应进行压力应不低于1.2MPa;增加温度能提高反应转化率,而TCPD最高收率出现在160℃,TCPD的exo/endo比例随温度增加而降低;反应转化率和收率随停留时间增加而增加,但转化速率降低,缩短停留时间有利于提高TCPD的exo/endo比例;浓度对反应影响不大。在较优条件下,endo-DCPD转化率达82.2%,TCPD收率达41.7%。

高能量密度燃料HDF-1与金属材料的相容性

研究了高能量密度燃料HDF 1在贮存使用过程中与可能接触到的金属材料的相互影响。通过升温加速的实验方法 ,考察了燃料对金属表面的影响以及金属材料对燃料氧化的影响。结果表明 ,HDF 1对钛、铝金属表面无影响 ,对铜表面的影响小于 3 #航空煤油 (RP 3 ) ;铝、钛、铝镍合金对燃料体系无影响 ,而铜、铁对燃料氧化具有明显的催化作用 ,进一步研究表明 ,铁具有更强的作用效果。通过对照实验发现HDF 1与金属材料的相容性优于RP 3。

金刚烷类高能量密度燃料研究进展

从三个方面对金刚烷类高能量密度燃料的研究及应用发展进行了综述,包括金刚烷类化合物的分子结构与性能关系、金刚烷及其含能衍生物的合成方法、金刚烷类高能量密度燃料的应用现状,基于此对金刚烷类燃料的可能发展方向提出了展望,建议金刚烃的绿色合成工艺以及金刚烷类燃料复配技术值得进一步研究。

煤基高能量密度燃料的合成及表征

高能量密度燃料是为新型高性能飞行器提供动力保障的关键,其合成及应用研究具有重要的前瞻性和重大战略意义。煤炭是我国的主体能源和重要原料,通过煤直接转化获取的煤基油,充分保留了煤中特有的环状分子化学结构,具有良好的热安定性和较高的能量密度,被认为是高超音速飞行器的优选燃料。以煤直接液化工艺生产的煤液化石脑油馏分为起始原料,通过富集轻质芳烃、化学合成、催化加氢稳定和产物分离提纯等方法制备煤基高能量密度燃料,并对其产物进行分子结构表征和性能评价。结果表明,煤直接液化生产的石脑油馏分是一种优异的催化重整原料,经催化重整富集轻质芳烃后,其轻质芳烃质量分数高达71.05%。Diels-Alder化学合成主产物是由多个封闭环平面组成且具有空间立体构型的二环或三环烃类物质,质量分数为46.18%,因分子内存在较大的张力能,结构紧凑,其拥有更大的密度和体积热值。煤基高能量密度燃料的密度和体积热值分别为0.8990 g/cm3与38.06 MJ/L,均大大超过现行的国内石油基喷气燃料(RP-3和RP-6)、煤基大比重喷气燃料、美国和俄罗斯军用标准。与单一纯物质合成高能量密度燃料(JP-10和T-10)比较,其密度与体积热值偏小。究其原因主要是轻质芳烃的富集度仅为71.05%,需进一步提高其轻质芳烃质量分数。另外,制备的煤基高能量密度燃料种类复杂,其主产物质量分数仅46.18%,下一步可重点调控合成产物的分子构型和纯化分离。

高能量密度燃料的合成及研究进展

高能量密度燃料密度和燃烧热值很高,有着优良的推进能力,具有重要的应用价值。简要介绍了高能量密度燃料的特征,综述了几类典型燃料的合成进展,包括通过聚合、加氢、异构化反应合成多环烃类燃料,通过光化学和低聚反应合成高张力笼状烃燃料,通过聚合、缩合、烷基化反应合成生物质燃料,通过纳米颗粒表面改性制备含有铝、硼等高能纳米颗粒的纳米流体燃料。评价了这几类燃料的优缺点及应用前景,并对高能量密度燃料的发展趋势作出了展望。

基于Diels-Alder化学合成煤基高能量密度燃料的模型物反应研究

选取基于煤基油中轻质芳烃为前驱体化学合成高能量密度燃料的工艺过程为研究对象,利用轻质芳烃模型化合物,研究了其Diels-Alde化学合成高能量密度燃料过程的反应机理与催化原理。结果表明,在分子筛催化剂作用下,以苯、甲苯、二甲苯和四氢萘等芳烃为前驱体可与降冰片烯发生Diels-Alde化学合成,生成具有多个封闭环平面组成的立体分子构型的高能量密度燃料。其转化率分别为85.2%,93.1%,99.0%和98.3%,选择性分别为95.2%,93.5%,95.5%和15.3%,轻质单环芳烃(BTX)具有优异的选择性和反应性;MCM-22催化剂因具有较大的孔结构和适度的酸性,其反应活性高于ZSM-5,SAPO-34和ZSM-35催化剂;增加反应时间和升高反应温度均有利于Diels-Alder合成反应。通过轻质芳烃模型物化学合成制备的高能量密度燃料具有较高的密度和能量密度,分别为0.941 8 g/cm3和43.79 MJ/L,远高于石油基和煤基喷气燃料。煤基石脑油经过催化重整后,可得到富集轻质芳烃组分,其单环芳烃(BTX、苯、甲苯、二甲苯)含量高达71.05%,另外,仍可通过柱层析或萃取精馏等先进的分离富集技术,进一步提高轻质芳烃组分富集度。因此,以煤基石脑油为起始原料,通过催化重整或柱层析分离后,得到的富集轻质芳烃组分完全可作为前驱体化学合成真实体系下的煤基高能量密度燃料。

DMCP燃料机理及其在燃烧数值模拟中应用

高能量密度燃料具有更高的体积热值,其机理研究对发动机燃烧过程模拟具有重要意义。针对火箭发动机使用的高能量密度燃料1,2-二环丙基-1-甲基环丙烷(DMCP),本文构建了其燃烧反应详细机理,并采用直接关系图法(DRG)以及基于DRG的敏感度分析方法(DRGASA),以燃料点火延迟时间为指标进行简化,得到了40物种133反应的简化机理。在当量比0.5-2.0,压力1.0-20.0 atm,温度900-1300 K的宽工况范围内,通过动力学模拟进行了简化机理的验证,点火延迟时间平均误差为12.59%,层流火焰速度平均误差为6.64%,表明简化机理的合理性。将该简化机理用于火箭发动机模型燃烧室的数值模拟,并与总包机理的数值模拟对比,结果表明高精度简化机理模拟的流场合理,而总包机理对温度的预测偏高,表明该简化机理可用于发动机燃烧模拟。

含纳米铝颗粒的JP-10凝胶燃料理化及流变性能

为了提高液体燃料能量并解决纳米金属颗粒在燃料中沉降的问题,研究以有机小分子凝胶剂(LMWG)为凝胶因子,制备了含有纳米铝颗粒的JP-10凝胶燃料,测定了最低凝胶剂含量和凝胶相转变温度,探讨了凝胶剂含量和纳米铝颗粒含量对燃料密度、黏度、离心稳定性等物理化学性能的影响,通过剪切变稀测试、触变性测试、应变扫描、频率扫描等测试了凝胶燃料的流变性能。结果表明,纳米铝颗粒在LMWG/JP-10凝胶燃料中稳定分散,同时凝胶燃料可以在施加剪切力或加热的条件下实现凝胶态与液态的相互转变;铝颗粒的加入显著提高了燃料的密度、体积热值和黏度,当纳米铝颗粒含量为25%时,2%LMWG/JP-10的密度为1.156 g·mL^-1,剪切黏度为840 mPa·s,体积热值为45.8 MJ·L^-1。铝颗粒含量少于25%时会影响凝胶体系的稳定性,但当铝颗粒含量达到25%时,体系的稳定性超过同等LMWG凝胶剂含量的纯燃料。铝颗粒的加入显著增强凝胶体系的机械强度和结构稳定性,但燃料依旧保持良好的剪切变稀特性,并且无法恢复至受剪切作用前的状态。

航空煤油替代燃料模型构建方法及HEF航空煤油替代燃料模型

本文在完善燃烧化学特性参数,发展更准确的混合物特性参数计算方法的基础上,提出一套完整的、精确的航煤替代燃料模型构建方法。并采用定容燃烧弹实验系统首次测量了初始温度420和460 K、压力0.1 MPa,实际HEF航煤以及代表性组分十氢萘的层流火焰传播速度,为本文发展和验证替代燃料模型提供充分的实验数据。依据该方法提出了摩尔分数为65%正十二烷、10%正十四烷、25%十氢萘三组分HEF航煤替代燃料模型。充分的的实验和计算结果验证表明,替代燃料模型与实际HEF航煤在物理特性和燃烧化学特性方面有很高的相似性。本文提出的HEF航煤替代燃料模型和实验测量的层流火焰传播速度,为后续化学反应机理的发展与验证奠定了基础。

Hβ分子筛催化α-蒎烯二聚反应的研究

探讨了α-蒎烯二聚反应中Hβ分子筛催化剂的煅烧温度、煅烧时长、用量及催化温度和时间的影响,并考察了催化剂的稳定性。在经550℃煅烧1 h的1.5 g·mL^(-1) Hβ分子筛作用下,5 mLα-蒎烯于110℃反应8 h的优化条件下,可获得99.91%的转化率和84.48%二聚选择性。回收再用的分子筛使用8次后也保持着良好的转化率和聚合产物的选择性。

弹用涡轮发动机燃烧室的发展与未来关键技术研究

介绍了弹用涡轮发动机所用燃烧室的结构及内流场特点,并估算了国外弹用涡轮发动机燃烧室的基本性能参数;对目前弹用涡轮发动机燃烧室性能水平及存在的问题进行了分析;结合目前航空用高性能涡轮发动机的发展趋势以及弹用涡轮发动机自身特点,提出了高性能弹用涡轮发动机燃烧室的关键技术。