高溫高壓燃燒彈平臺(tái)建設(shè)及其在若干運(yùn)輸燃料組分火焰?zhèn)鞑ブ械膽?yīng)用.pdf

1、減少化石燃料燃燒產(chǎn)生的污染物并提高其燃燒能源利用效率，是當(dāng)今燃燒學(xué)的主要研究目標(biāo)。液體運(yùn)輸燃料如汽油、煤油、柴油和生物燃料等由于其高能量密度且易于存儲(chǔ)輸運(yùn)，被廣泛用于為各類動(dòng)力裝置。碳?xì)溥\(yùn)輸燃料通常由包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴在內(nèi)的上百種烴類組分組成，直接分析它們的燃燒過程尤其是燃燒反應(yīng)過程難度極大。因此實(shí)驗(yàn)燃燒研究中通常選取這些燃料中的三到五種典型組分組成運(yùn)輸替代燃料來模擬其理化性質(zhì)和燃燒特性，并開展各類燃燒研究，因此需要對(duì)液體運(yùn)輸燃料

2、的典型替代組分的燃燒特性進(jìn)行研究。
　　層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁穷A(yù)混燃燒最重要的宏觀參數(shù)之一，可以在較寬壓力、溫度和當(dāng)量比范圍內(nèi)進(jìn)行測量，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、湍流燃燒等研究領(lǐng)域發(fā)揮著難以替代的作用，并被廣泛地用作驗(yàn)證燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。然而由于運(yùn)輸燃料典型組分通常都是100℃以上的高沸點(diǎn)燃料，因此目前對(duì)于運(yùn)輸燃料典型組分的層流火焰?zhèn)鞑パ芯咳匀黄赜诔汗r，高壓實(shí)驗(yàn)研究非常匱乏。本論文發(fā)展了一種新型電加熱高溫高壓單腔體燃燒彈實(shí)驗(yàn)裝置，在此裝置

3、上完成了運(yùn)輸燃料典型組分的寬壓力層流火焰?zhèn)鞑パ芯?，以?shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行了驗(yàn)證和發(fā)展。本論文的工作分為以下四章:
　　第一章介紹了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊睦碚摶A(chǔ)和實(shí)驗(yàn)測量方法，并總結(jié)了目前國內(nèi)外層流火焰?zhèn)鞑パ芯康默F(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，指出了高沸點(diǎn)燃料高壓火焰?zhèn)鞑パ芯抗ぷ鞯闹匾饬x;
　　第二章詳細(xì)介紹了本論文發(fā)展的新型高溫高壓燃燒彈實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和具體設(shè)計(jì)過程，包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)、進(jìn)樣、溫控、點(diǎn)火和光路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。本實(shí)

4、驗(yàn)平臺(tái)可以開展高沸點(diǎn)燃料在壓力高達(dá)20 atm下層流火焰?zhèn)鞑y量，同時(shí)還發(fā)展了基于Matlab平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理程序。
　　第三章闡述了對(duì)此新型實(shí)驗(yàn)臺(tái)的全面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和系統(tǒng)的不確定度評(píng)定。以甲烷、乙醇燃料為基礎(chǔ)，寬范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)表明本實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以得到重復(fù)性好、精確度高的火焰?zhèn)鞑?shù)據(jù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)中各種可能的不確定性來源進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估，得到了初始溫度、壓力、當(dāng)量比以及火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊牟淮_定度。
　　第四章以運(yùn)輸替代燃料典型替代組分為研

5、究對(duì)象，系統(tǒng)地開展了烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和生物燃料的層流火焰?zhèn)鞑パ芯?。研究工作在從常壓到接近發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部實(shí)際工況的條件下進(jìn)行，采用這些燃料的詳細(xì)燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。烷烴和環(huán)烷烴在火焰?zhèn)鞑ブ凶蠲舾械姆磻?yīng)主要是小分子物種反應(yīng)。然而對(duì)于芳烴燃料，苯環(huán)結(jié)構(gòu)的存在使得許多中間體有較強(qiáng)的共軛穩(wěn)定性，芳烴燃料的火焰?zhèn)鞑?huì)受到燃料分子結(jié)構(gòu)的顯著影響。生物燃料由于氧原子的存在，燃燒特性同傳統(tǒng)的碳?xì)淙剂暇哂幸欢▍^(qū)別，在火焰?zhèn)鞑ブ姓宫F(xiàn)出同烷烴燃料略