典型燃油多步化學(xué)反應(yīng)機理研究.pdf

1、為了準確預(yù)測RP-3型航空煤油的點火和燃燒特性，為在役或下一代航空發(fā)動機主燃燒室、加力燃燒室或超燃沖壓發(fā)動機燃燒室的兩相噴霧燃燒過程數(shù)值預(yù)估提供可靠的化學(xué)反應(yīng)機理計算模塊，本文對RP-3型航空煤油替代燃料及其多步化學(xué)反應(yīng)機理進行基礎(chǔ)研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、糯_定正癸烷作為RP-3型煤油的替代燃料及其詳細化學(xué)反應(yīng)機理（62組分344步），并在預(yù)混燃燒器中對正癸烷的燃燒特性進行分析，和試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，結(jié)果表明其可以作為

2、RP-3型航空煤油的替代燃料。隨后基于敏感性分析和反應(yīng)流分析方法，對正癸烷詳細化學(xué)反應(yīng)機理進行簡化，建立一種36組分62步簡化反應(yīng)機理，并在完全攪拌反應(yīng)器和預(yù)混燃燒器中進行計算，與詳細機理結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)進行對比。結(jié)果表明：完全攪拌反應(yīng)器中62步簡化機理計算得到的平衡溫度、反應(yīng)物和主要生成物的摩爾分數(shù)與344步詳細化學(xué)反應(yīng)機理計算結(jié)果整體變化趨勢吻合較好；預(yù)混燃燒器中62步簡化機理得到的進口反應(yīng)物和出口生成物摩爾分數(shù)與詳細機理結(jié)果和試驗數(shù)

3、據(jù)稍有差異，但變化趨勢基本一致；62步簡化機理能在較大范圍內(nèi)反映正癸烷的燃燒性能。
　　⑵獨立設(shè)計了本生燈預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒試驗臺，對RP-3型煤油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒火焰進行了試驗測量，結(jié)果表明：本生燈預(yù)混預(yù)混蒸發(fā)火焰穩(wěn)定燃燒的油氣比大于0.0603；當(dāng)燈管內(nèi)流體雷諾數(shù)大于1150時，層流火焰過度到湍流火焰；火焰焰心、內(nèi)焰、外焰高度可以均可通過CH4、UCH、CO2、溫度等的極值點位置來判斷；不同工況下的火焰中心軸線和不同高度截面徑向上溫

4、度和煙氣組分濃度總體變化趨勢基本是相同的。
　　⑶以試驗用的本生燈預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒火焰為數(shù)值模擬對象，建立數(shù)值模擬網(wǎng)格，采用三種航空煤油替代燃料及其多步簡化化學(xué)反應(yīng)機理對本生燈預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒火焰進行數(shù)值模擬，并和相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)相比較。計算結(jié)果表明：標準k-?湍流模型和EDC燃燒模型能較好的描述本生燈燃燒火焰，可用于后續(xù)本生燈預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒火焰的研究；三種簡化機理中心截面上流場，以及中心截面和不同高度截面的溫度、O2濃度和CO2濃度分

5、布基本相同；在各工況下，62步簡化機理計算的火焰中心軸線和不同高度截面徑向上的溫度、O2濃度、CO2濃度和試驗數(shù)據(jù)能很好的吻合，能對火焰溫度和煙氣組分進行較準確和可靠的預(yù)測；23步簡化機理在各工況下的計算結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)都相差很遠，因此C12H23的23步簡化機理不能準確的預(yù)測RP-3型煤油的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒過程；38步簡化機理在貧油時能對軸線溫度，在富油時對軸線O2做出一定預(yù)測，但不能對CO2進行準確的預(yù)測。本文所提出的正癸烷62步簡化機