JP-10高温裂解特性动力学模拟研究

摘要

JP-10稳定的三环结构使其具有高能量密度，是航空航天发动机的重要应用燃料。JP-10是高碳数碳氢化合物，可以用作超高声速发动机的吸热型碳氢燃料，还能在进入发动机的燃烧室之前作为冷却剂，在吸收发动机外壁热量的同时自身也发生裂解反应生成小分子化合物，达到给发动机冷却的目的，也提高了燃烧效率。
　　目前，关于JP-10基础特性的研究并不多见。从反应动力学的角度开展模拟研究，将有助于更详细地了解反应的全过程。本文将利用化学反应动力学软件CHEMKIN，采用零维闭式反应模型，依据已有的 JP-10化学反应动力学机理，对JP-10高温裂解特性展开动力学模拟研究。本文选择的初始条件包括了：JP-10初始摩尔浓度（0.02％～2.5%），初始温度（1100K~1500K），初始压力（0.1MPa～4MPa）。分别研究各个条件单独对JP-10裂解转化率和裂解产物产量分布的影响。
　　所得研究结果如下：
　　（1）初始浓度的影响：初始浓度越大，在给定的反应时间内，对温度和压力影响越大。JP-10裂解转化率随浓度增加而逐渐减小。而且随着初始浓度的增加，温度和压力的降低幅度越大。
　　（2）在分析获得不同温度对应的激波管观察实验时间的基础上，分析了温度对JP-10裂解转化率、裂解产物分布的影响。从模拟结果看出，JP-10裂解转化率随着温度增加逐渐变大。裂解的主要产物有三种：乙烯、乙炔和1,3-丁二烯。三种主要产物随温度的变化趋势略有不同。乙炔的产量随温度是单调递增的，而乙烯和1,3-丁二烯都在1450K附近存在一个最大值，在此之后，其产量开始减小。
　　（3）敏感性分析结果：通过反应路径分析选出了25步重要的基元反应进行敏感性分析。分析发现其中反应R1（JP10→C4H6+2C2H4+C2H2）有相对较大的敏感性系数，其他反应的敏感性系数相对小得多。在选择的四种温度条件下，温度越高，R1对应的JP-10裂解转化率敏感性系数就越小。同时还分析了这些反映对三种主要产物产量敏感性，影响趋势与转化率是一致的。
　　（4）初始压力的影响：在所研究的压力范围内（0.1MPa～4MPa），压力已经达到了JP-10裂解反应的高压极限，JP-10的裂解特性不随压力变化。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 吸热型碳氢燃料JP-10的介绍

1.3 国内外研究现状

1.4研究目的和主要内容

第2章 动力学模拟理论基础与方法

2.1 CHEMKIN软件简介

2.2计算模型

2.3 JP-10化学反应机理

2.4 动力学模拟手段

第3章 JP-10裂解特性

3.1 JP-10裂解模拟条件

3.2 初始摩尔浓度对JP-10裂解的影响

3.3 初始温度对JP-10裂解转化率及其裂解产物分布的影响

3. 4初始温度对JP-10裂解特性影响的模拟结果与实验结果的比较

3.5 初始压力对JP-10裂解及其裂解产物分布的影响

3. 6本章小结

第4章 JP-10裂解特性敏感性分析

4.1筛选敏感性分析的基元反应

4. 2温度对JP-10裂解转化率影响的敏感性分析

4. 3温度对JP-10裂解主要产物影响的敏感性分析

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文