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.

高密度高安定性喷气燃料的制备及性能

对高密度喷气燃料的主要组分、馏程和馏分配比进行了系统设计,以RP-3航空煤油、10#和35#柴油为基础燃料,通过常压蒸馏、切割获得系列直馏馏分,从中选取性能较好的馏分以不同比例调和,对得到的调和燃料进一步精制、改性,制得高密度高安定性喷气燃料.该燃料比我国目前广泛使用的RP-3喷气燃料(密度779kg/m3)的密度提高了8%～10%;对燃料的其它主要性能如闪点、冰点、净热值等进行测定,均达到俄罗斯军用标准ΓOCT12308-80的主要技术要求.其中,闪点由目前RP-3喷气燃料的38℃提高到50℃以上,冰点控制在-50℃;燃料精制后固体微粒、芳烃、元素硫和硫醇含量显著降低,固体微粒去除率达38%～51%,芳烃质量分数低于10%,元素硫质量分数在0.6μg/g以下,硫醇质量分数不高于4μg/g,铜片腐蚀实验结果合格:在有效增加密度的前提下,燃料的净热值将近42 900kJ/kg.

柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响

为了研究柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响,按照中国3号航空煤油(rocket propellant 3,RP3)的掺混比(体积比)分别为20%、40%与60%与国VI柴油进行混合,配制3种具有不同理化特性的柴油-RP3宽馏程混合燃料(D80K20、D60K40与D40K60),并通过台架试验,研究了最大扭矩转速2700 r/min所对应的100%、50%与10%负荷工况(分别记为A、B、C工况)下,D100、D80K20、D60K40和D40K60对柴油机缸内工作过程、排放、颗粒物浓度与粒径分布的影响规律。结果表明,3种工况下,与D100相比,RP3掺混比增加到60%时,缸内最大压力的变化范围小于0.2 MPa,预混燃烧放热率峰值增大13.21~27.43 J/°CA,滞燃期延长2.19~2.53°CA,燃烧持续期缩短1.73~1.91°CA,预混燃烧累积放热百分比增加4.66%~5.28%,缸内最高温度的上升幅度小于35 K,与放热率峰值和最大燃烧压力相对应的曲轴转角后移1.67~2.23°CA,有效热效率上升0.15%~0.46%。柴油-RP3宽馏程混合燃料能够显著降低柴油机碳烟排放,并且降低效果随着柴油机负荷的增加和RP3掺混比的增大更加明显,但对NOX排放没有明显的影响,与D100相比,柴油机在3种工况下燃用D40K60时的碳烟排放分别降低53.6%、44.1%、35%,NOX排放的上升幅度均小于2%,核态颗粒物数量浓度上升12.5%~90.6%,积聚态颗粒物数量浓度、颗粒物总数量浓度、颗粒物表面积浓度和总质量浓度分别降低20.1%~45.8%、14.2%~42.1%、32.5%~41.6%、28.5%~38.8%,且积聚态颗粒物的粒径朝小粒径方向移动。试验结果表明,柴油-RP3宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放有重要的影响,能明显改善柴油机碳烟与NOX排放之间的trade-off关系,并且在降低柴油机颗粒物总数量浓度、总质量浓度以及表面积浓度方面具有较为显著的效果,有利于降低柴油机DFP载体上的颗粒物堆积、延长DFP再生周期。

小分子燃料对RP-3航空煤油燃烧作用的数值研究

为研究小分子燃料对RP-3航空煤油燃烧的影响,选择合理的RP-3航空煤油替代燃料详细燃烧模型开展工作,该模型能够精确预测RP-3航空煤油和小分子燃料的燃烧特性。以六种重要的小分子燃料H2,CH4,C2H4,C2H6,C3H6和C3H8分别与RP-3航空煤油按1:5的比例(摩尔分数)掺混形成的六种混合燃料(Blended Fuel)为研究对象。在当量比为1.0,压力分别为0.1 MPa和1 MPa下系统模拟了RP-3航空煤油及六种混合燃料在高温下的燃烧特性,分析了各种混合燃料的自点火、燃尽时间、绝热火焰温度、熄火温度、组分浓度变化,并结合ROP(Rate of Production)分析方法,分析了小分子燃料对OH自由基生成速率的影响。结果表明,C2H4将RP-3航空煤油的点火延迟时间缩短了近4.6%;C3H6则将RP-3航空煤油的点火延迟时间推后了8.4%;C2H4和H2对RP-3航空煤油的快速点火和稳定燃烧有着积极的作用,其中C2H4的作用最为突出。

五环[5.4.0.0^(2,6).0^(3,10).0^(5,9)]十一烷/航空煤油复配燃料性能

五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷(PCU)是高能量密度笼状碳氢化合物中极有应用潜力的一种化合物,制备的PCU燃烧热值为44.5 MJ·kg-1,撞击感度H50大于50 cm,I50大于49 J,摩擦感度为0,为一类钝感的高能量密度碳氢燃料,将PCU作为高能添加剂和航空煤油RP-3进行二元复配,复配燃料的理化性能研究结果表明:25℃时PCU在航空煤油RP-3中的饱和溶液质量分数为44.6%,当复配燃料中PCU质量分数为25%时,复配燃料的密度较航空煤油RP-3提高7.8%,燃烧热值提高9.5%,复配燃料的闪点从48℃增至49℃,冰点从-59℃降至-62℃。-40℃时复配燃料的粘度在6.99~13.64 mm2·s-1之间。在直连式超声速燃烧实验平台上,含10%PCU的复配燃料能进行顺利点火及稳定燃烧,PCU使航空煤油RP-3的超声速燃烧压强从327 k Pa上升至339 k Pa。