高速飞行器油气涡轮发电系统仿真与评估

采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器油气涡轮发电系统仿真模型,将仿真结果与实验结果进行了对比分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。分析结果表明,高速飞行器在马赫数为6巡航条件下,热电转换率可以达到10.41%,系统单位发电量仿真结果与实验结果最大误差为9.7%,最小误差为1.5%。飞行器在马赫数为7巡航条件下,热电转换率可以达到9.58%,系统单位发电量仿真结果与实验结果最大误差为6.8%,最小误差为0.314%。发电系统中发电设备带来的燃油代偿损失最大,为1.315 kg,占总燃油代偿损失的41.9%。

吸热型碳氢燃料热沉的测定研究

改进并重新组装了自行研制的高温热导型流动热量计 ,利用电标定法测定了该仪器在 70 0℃和 80 0℃的热量常数。为检验仪器的可靠性 ,本仪器测定了氮气的热沉 ,结果表明实验值与用氮气的热容公式计算所得的计算值基本吻合。对自制的吸热型碳氢燃料 (FRA)和作为模型化合物的正庚烷的热沉进行了测定 ,发现在 70 0℃时两者的热沉值比较接近 ,分别为 3 0 7MJ kg和 3 2 3MJ kg。在 80 0℃时 ,两者都具有较高的热沉值 ,分别达到 5 6 9MJ kg和 6 6 0MJ kg ,该热沉值能够满足超高音速飞行器的热管理要求。

吸热型碳氢燃料的量热研究

对不同结构组成的吸热型碳氢燃料在不同工作温度下的热沉进行了测定和研究，并在此基础上，研制开发了一种性能较好的ＮＪ－１５０碳氢燃料，并测定了其有关的理化性质和热沉，实验结果表明ＮＪ－１５０是一种很有发展前途的吸热型碳氢燃料。

吸热型碳氢燃料热沉的测定

介绍了一套自制的热导式高温量热系统，热量常数可用电标定法测定。用此仪器可测定各种吸热型碳氢燃料在各种条件下的热沉，用于吸热型碳氢燃料的筛选，为吸热型碳氢燃料的研究提供可靠的热化学数据。用这套装置测定了两种吸热型碳氢燃料在７００°Ｃ的热沉，与文献值接近。

航天推进用高密度液体碳氢燃料:合成与应用

高密度燃料已成为重要的航天推进液体燃料。简要介绍了国外高密度燃料的合成进展,包括JP-10,T-10,RJ-5,RJ-7等;重点介绍了天津大学的燃料研究进展,包括HD-01、密度大于1g/ml的燃料、四环庚烷、金刚烃燃料、生物质高密度燃料等,并报道了四环庚烷的自燃特性。为解决超声速飞行条件下燃料的点火及主动冷却问题,制备了油溶性纳米Pd和Pt颗粒添加剂,分别降低了JP-10的点火温度,提高了JP-10的裂解热沉。

吸热型碳氢燃料冷却模拟系统的建立

介绍了一套自行设计的燃料冷却模拟系统，该装置适用于模拟研究各种吸热型碳氢燃料在飞行器上不同冷却模式下的冷却特性， 为燃料将来在飞行器上的工程应用提供实验依据。仪器空白漏热标定结果表明其稳定性良好。在此装置上研究了吸热燃料在两种压力下的冷却情况， 实验发现在通燃料后， 反应管温度下降最低可达９０．６℃， 冷却效果较好； 随着外部热环境的变化， 反应管不同部位的吸热情况发生复杂变化， 尾部出现结焦； 燃料热沉测量值与文献值接近。

吸气式发动机燃料研究进展及展望

针对航天吸气式发动机的发展趋势,分析了其对燃料能量密度、热沉、点火及燃烧等关键性能的要求。总结评述了国内外燃料性能改善的多种技术途径,如通过合成新型液体燃料和添加含能粒子提高燃料能量,借助添加剂和催化反应提高燃料热沉,通过设计合成高反应性燃料分子和借助高活性添加剂缩短点火延迟和提高燃烧效率的技术途径等。提出了满足吸气式发动机近期及中期发展目标的燃料体系,包括积净热值达到60MJ/L的高能量密度燃料,满足长时间运行马赫5～6,马赫7～8,组合动力预冷发动机及马赫数>9飞行的燃料。

吸热型碳氢燃料的研究进展

吸热型碳氢燃料是实现高超音速飞行的首选燃料,从燃料的选择、催化剂的筛选、热沉的测定、复合结焦抑制剂的开发等方面展开论述了国内外的研究进展,并提出今后的研究方向。

高速运载器燃油热管理系统优化

燃油热管理系统设计随着运载器多电化与机载高能电子设备的发展已经得到高度重视,其中燃油的热承载能力是最关键因素。针对喷气推进式高速运载器,提出了一种大范围、多任务的燃油热管理系统多目标优化配置方法,其以热沉利用率最高和燃油质量代偿损失最小为目标函数,以循环回路的燃油最大质量流量、冷却水携带量和机载热负荷发热量为优化变量,采用改进的遗传算法NSGA-Ⅱ,在不同飞行任务规划下进行双目标优化设计,所获得的目标函数Pareto最优解集,满足预期的燃油热管理系统模式选择原则,且通过分析优化变量与优化目标间的相关性,可以量化燃油热管理系统优化配置准则与可达到的最小燃油质量代偿损失,可应用于支持多热沉重构的机载高效燃油热管理系统。

吸热型碳氢燃料模型化合物在超临界条件下的裂解及热沉测定

建立了一套热量计,用于吸热型碳氢燃料及其模型化合物在超临界条件下的吸热能力测定及裂解机理的探索.测定了正庚烷和JP-10在不同温度和压力下的热沉数据,结合色谱分析结果讨论了压力、温度等对热沉、气相产物分布的影响.测得正庚烷在873K,3.4MPa条件下的热沉为3.14MJ·kg-1,JP-10在903K,3.2MPa条件下的热沉为3.08MJ·kg-1,对应的热裂解转化率分别为32%和4.7%,该热沉值可以达到速度为5～6马赫数的飞行器的冷却要求.

吸热型碳氢燃料再生冷却性能评估方法

吸热型碳氢燃料作为吸气式高超声速飞行器的再生冷却剂,冷却剂出口温度可达到750℃以上。碳氢燃料的冷却能力和抗结焦特性指标,是再生冷却剂的关键参数。在工程应用参数范围内,建立了吸热型碳氢燃料再生冷却性能综合评估体系,实现燃料热沉、结焦和流动传热性能的综合评估。燃料热沉采用热平衡法测量。作为参考:燃料温度600℃,热沉约2.0 MJ/kg;燃料温度750℃,热沉约3.5 MJ/kg。结焦采用层流流动阻力法进行定量测量,应用泊肃叶定律计算碳氢燃料结焦前后通道的当量内径,从而得到通道内结焦层的平均厚度。流动换热性能的评估方法是比较相同出口流体温度条件下不同燃料壁面温度沿轴向的分布趋势。以上吸热型碳氢燃料评估方法的建立,为研制吸热型碳氢燃料提供了有效的初步筛选途径。

吸热燃料在管式涂层反应器内的催化裂解反应

采用气体辅助催化剂涂层技术将一种陶瓷类黏合剂与HZSM-5和HY分子筛混和涂敷在管式反应器内壁,并采用X射线衍射,傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对催化剂涂层进行了表征。表征结果显示,催化剂涂层的厚度为10～20μm,催化剂的粒径为1～5μm。以正十二烷和航空燃料RP-3为吸热燃料,在600℃和625℃的超临界条件下考察了催化剂涂层对吸热燃料的热沉和裂解率的影响。实验结果表明,催化剂涂层能显著提高吸热燃料的热沉。在600℃和625℃下,使用HY催化剂涂层(质量分数25%)时,正十二烷的热沉分别比空管反应时增加815.7kJ/kg和901.9kJ/kg,同时裂解率也分别由空管反应时的42%和66%提高到60%和80%。催化剂涂层对吸热燃料催化裂解积碳也有一定的抑制作用。

新型高温量热系统的研制和性能测试

报道了一套适用于高温条件下工作的新型量热系统 ,通过电能标定和氮气热沉的测定 ,证明该量热系统设计合理 ,工作正常 ,其性能符合 Tian's方程的要求 ,测量精度能满足工程需要 .用该套仪器可测定各种吸热型碳氢燃料在各种条件下的热沉 ,用于吸热型碳氢燃料的筛选 ,为吸热型碳氢燃料的研究提供可靠的热化学数据 .用这套装置测定了吸热型碳氢燃料 TQ- 7在不同工作温度下的热沉 ,与文献报道的接近 。

新型热量计的研制及其在吸热型碳氢燃料热沉测定中的应用

建立并完善了一套高温流动型热导式量热装置,实现了量热与色谱在线分析的有机结合.对该系统的仪器常数、热量常数、时间常数进行了精确的标定.并采用标准物质氮气、正庚烷等对仪器的准确性进行了考察,测量结果误差在2.2％～4.7％之间.同时还实测了吸热型碳氢燃料S-1,R-1等的热裂解热沉值.S-1在700℃时的热沉为2.99MJ/kg,而R-1的热沉为2.82 MJ/kg.

热沉定值系统不确定度评定

热沉是表征吸热型碳氢燃料吸热能力的特性参数,准确高效地计量热沉是吸热型碳氢燃料在高超声速飞行器中工程应用的前提和关键技术。根据功能模块划分设计理念,研建了一套高精度、集成自动化的热沉定值系统。在此基础上,依据JJF 1059《测量不确定度评定与表示》的相关规定,分析了热沉定值系统的不确定度主要分量并进行了不确定度评定。结果表明,热沉定值系统的扩展不确定度为2.48%(k=2)。热沉定值系统的建立不仅为吸热型碳氢燃料的吸热能力提供了计量保障,而且也为后续热沉标准物质的研制奠定了基础。

微藻航空燃料的热氧化安定性与热沉

航空燃料安定性和热沉对飞机和发动机工作可靠性、飞机飞行安全及战术性能的发挥有重要作用。利用热重-差热分析联用仪研究了2种典型微藻航油的热氧化安定性和热沉,并与标准航空喷气燃料RP-3进行了对比。结果表明:混合生物油的失重终点温度和最大失重点的温度与标准航空喷气燃料RP-3相比均向高温区移动。在失重区间内,除了物理热沉还有化学热沉的贡献。在热重曲线中定义了2个无量纲参数:引发温度和燃尽指数,引发温度表征起始裂解温度,燃尽指数表征沉积特性。2个参数结合可以较好地诠释燃料的热安定性和热沉。球等鞭金藻油高碳数烷烃在提高热沉基础上导致碳沉积的形成,但小球藻油在热沉提高的基础上,并没有形成碳沉积。说明通过有效控制高碳数烷烃分配比例增加其热沉并控制其积碳在理论和技术上是可行的。

液体碳氢燃料基纳米流体的研究进展

综述了近年来国内外关于液体碳氢燃料纳米流体的研究情况,纳米流体具有独特的理化性能,用于液体碳氢燃料中可促进燃料裂解、提高燃料能量水平,同时还可改善液体碳氢燃料的点火和燃烧性能。指出纳米流体在提升液体碳氢燃料性能方面具有极大的潜力,将燃料制成纳米流体是拓展液体碳氢燃料应用范围的重要技术途径之一。

乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应

先进飞行器对燃料的冷却能力提出了苛刻的要求,迫切需要开发高性能吸热燃料和反应技术。基于醇类可以促进重油裂解提高低碳烯烃选择性的特性,提出乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应的研究设想。采用浆液涂敷法在高温合金管上制备了多种涂层催化剂,在电加热单管反应装置上评价了乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应性能。研究发现,在400~600℃的中低温条件下,乙醇可以在镍修饰的ZSM-5分子筛涂层催化剂作用下脱水生成乙烯,510℃时热沉提高约20%;在更高温度时,乙醇脱除的水可以参与蒸汽重整反应促进燃料吸热;而均相添加剂可以进一步与涂层催化剂协同作用,抑制结焦生成,将体系工作温度提升至791℃,获得3.71 MJ·kg^-1的热沉。

Zr_(0.5)Ti_(0.5)O_2的添加对超临界裂解RP-3催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了Zr0.5Ti0.5O2载体材料,将其掺杂在CeO2-Al2O3(CA)基催化剂中,并对其催化活性进行了超临界裂解测试,采用全自动吸附仪、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、程序升温脱附(TPD)等方法对催化剂进行了表征.实验结果表明,催化剂能够明显降低裂解反应的温度,600°C CA基催化剂产气率是热裂解的2.8倍,掺杂Zr0.5Ti0.5O2载体材料的CA基催化剂是热裂解的4.0倍,650°C时,掺杂Zr0.5Ti0.5O2载体材料的CA基催化剂热沉提高了0.55 MJ kg 1.BET结果表明,掺杂Zr0.5Ti0.5O2载体后催化剂出现双孔结构,部分小孔的出现使得乙烯的选择性提高;NH3-TPD结果表明,掺杂Zr0.5Ti0.5O2载体材料后,催化剂强酸位的酸量增加了4.0倍,催化剂表现出更强的表面酸性和更集中的强酸酸中心密度,有利于裂解多产烯烃.

吸热碳氢燃料热沉测量实验装置的设计与性能测试

为了测定吸热碳氢燃料在不同温度条件下的总吸热量(热沉),以便于对吸热碳氢燃料进行筛选,研制了一套适合于高温下热沉测量的实验装置。该装置主要由进样计量、载气输送、加热控温、反应量热和产物分析五部分组成。对反应管轴向温度分布进行了测定,实验装置的工作温度范围在500℃-900℃,各温度下恒温区域长达440 mm,恒温区内温度梯度不大于3℃;利用电能标定的方法测定了装置的量热常数,并用纯物质(N2)作为样品对装置的准确度进行了校准,求解仪器量热常数的工作曲线的线性相关系数在0.999 7以上,氮气热沉测定值与理论值基本吻合,表明该装置测定结果可靠、测量准确度高,装置的设计符合T ian’s方程,可用于吸热碳氢燃料热沉的实验测定,为吸热碳氢燃料的研究提供了较可靠的热化学数据。