吸热型碳氢燃料的结焦研究(Ⅱ)结焦抑制剂的性能评价

为解决吸热型碳氢燃料裂解结焦的问题，在自制的冲微型反庆色谱系统上以吸热型碳氢燃料NJ150为裂解原料，研究了三苯基膦，亚磷酸三苯酯，二硫化碳、噻吩，乙酸钾五种结焦抑制剂的性能及抑制机理，并在此基础上调配出不同比例的复合剂三苯基膦＋二硫化碳，亚磷酸三苯酯＋二硫化碳和乙酸钾＋二硫化碳。实验结果表明，单剂中二硫化碳的效果优于其他类型，但复合剂更具优势，能将结焦量控制在1％以内。     

主动冷却通道内吸热型碳氢燃料热裂解结焦抑制机理

为阐明超临界条件下吸热型碳氢燃料的热裂解结焦抑制机理,在电加热管实验装置上,获得了沿程油温、壁温以及燃料的组成,分析了结焦抑制添加剂影响碳氢燃料高温裂解和结焦的实验数据。结果表明:结焦抑制添加剂对碳氢燃料的裂解影响小于4%,降低结焦量约30%;添加结焦抑制剂后,结焦速率下降较快,稳定结焦速率降低约2%。采用SEM表征结焦抑制添加剂对结焦形貌的影响。结果表明,添加剂同时抑制了表面催化结焦与自由基生长结焦的形成。      

吸热型碳氢燃料催化裂解的研究述评

概述了吸热型碳氢燃料裂解催化剂、引发剂、抑制结焦的研究进展，分析了超临界流体对吸热型碳氢燃料催化裂解反应的影响，指出了今后的研究方向。     

丙烷结焦特性的电热管实验研究

通过实验及计算分析,给出了丙烷在不锈钢单管及复合铜管中的结焦阀温、壁温升高率、极限壁面温升、结焦率及结焦热阻等结焦特性,并讨论了几种因素对丙烷结焦的影响.实验结果可为氧/烃发动机冷却通道的设计提供依据.     

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。     

航空煤油热裂解结焦实验

为了避免航空煤油在高热流条件下主动热防护过程中的结焦沉积，需要对航空煤油的热裂解和结焦沉积反应规律进行研究.通过考察航空煤油在不同反应条件下气液相产物以及结焦量，对航空煤油的热裂解结焦反应规律展开实验研究.结果表明:航空煤油中的烯烃组分的二聚反应和芳香烃的缩聚反应是导致结焦的重要反应.随着温度的升高，航空煤油的热裂解程度加剧，且主要结焦反应速率加快，因此航空煤油的结焦量随之上升，甲烷、乙烯等小分子气相产物体积分数也随之升高，液相产物中烷烃质量分数明显下降，芳香烃质量分数上升.压力的升高会导致工质在板内的停留时间增加，从而使得结焦反应更多的朝正反应移动，所以液相产物中芳香烃质量分数随压力的升高而明显增多.      

冷却通道预氧化处理抑制碳氢燃料热裂解结焦的研究

主动冷却超燃冲压发动机用吸热碳氢燃料应用过程中不可避免产生裂解结焦,这是制约燃料热沉能力和过程可靠性的重要因素。冷却通道表面进行预处理,是减少裂解结焦的重要途径之一。系统研究了预氧化321不锈钢管(Φ3 mm×0.5 mm)的元素迁移和微观结构。利用超临界航空煤油RP-3的热裂解反应为探针,研究预氧化处理对结焦的影响。实验发现,高温氧化后(900℃),管表面形成一层致密的Cr2O3膜,能减少碳沉积,几乎不生成纤维碳;较低温(600~800℃)氧化时,虽然Cr元素不断向金属表面迁移,Fe,Ni元素向金属内部迁移,但同时产生了大量空缺位提供渗碳通道,最终导致结焦量高于空管。     

吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究

论证了吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究过程,设计了燃油与高温合金联合加热装置,测试了非钝化和钝化状态的GH625试件和GH3128试件在壁温为500~850℃时、经过燃油压力为3.5MPa、燃油温度为450~500℃、流速为1~5m/s浸渍后的力学性能和金相组织.试验结果表明:在燃料温度为500℃、试件温度为850℃时,GH3128试件结焦量少于GH625试件,GH3128试件的塑性应力下降40%、GH625试件的塑性应力下降60%.燃油浸渍时高温合金钝化后结焦量明显减少.      

当量比及航空煤油组分含量变化对喷嘴表面结焦积炭影响

针对喷嘴表面结焦积炭问题会对航空发动机整体性能及安全性能产生重要影响,以当量比及航煤组分含量变化作为影响因素,采用动态燃烧实验方式,研究燃烧工况变化和正十六烷及丁基苯在与纯航煤掺混后的混合油中其质量分数的变化对喷嘴表面结焦积炭产生的影响。实验后发现喷嘴表面的结焦积炭量随着当量比的减小呈现出不同的变化趋势,其中喷嘴附近燃烧区温度变化及燃气的卷吸和回流作用增强是影响结焦积炭量变化的主要因素。在本文实验工况下,当掺混比例均为10%时,混合油中丁基苯的质量分数变化对结焦积炭量影响比同掺混比例下正十六烷大19%。并且在SEM(Scanning Electron Microscope)分析后发现,燃油小液滴及游离碳氢微团在燃烧态条件下通过高温裂解结焦过程,在喷嘴表面形成了复杂无序和疏松多孔的网片状结构,包括短丝状焦和颗粒球状焦炭的沉积和附着。因此适当的燃烧当量比及航煤中组分含量的变化,可减少喷嘴表面结焦积炭的沉积附着。     

混配型吸热碳氢燃料热裂解及催化裂解

为提高吸热型碳氢燃料的吸热能效，将辅助燃料Y按不同比例与碳氢燃料混合，配制成新的混配型YNNJ—150燃料，利用连续流吸热型碳氢燃料裂解微型反应色谱评价装置，考察了它的热裂解转化率和低碳烯烃的选择性，并在HZSM—5分子筛上进行了催化裂解评价。结果表明混配型YNNJ—150燃料不仅降低了裂解温度，同时提高了燃料裂解的低碳烯烃的选择性，增加了燃料的吸热能力，且混合辅助燃料Y的比例为15％时的混配燃料YcNNJ—150的效果最好。混配型燃料可成为今后研究的一个重要方向。     

非接触式数字光纤叶片测振系统研究及应用

应用非接触式数字光纤叶片测振系统对叶片整数阶次振动(共振)与非整数阶次振动进行了分析。通过模拟试验器和台架压气机试验证明,应用该系统以及相关算法可以有效测量、监测和分析叶片共振和颤振等非整阶次振动,能较准确地评估叶片振动特征;其结果与应变片测量结果一致。     

燃油结焦影响因素及抑制方法综述

燃油温度升高会导致燃油结焦,而燃油结焦对飞行器会带来极大危害,因而抑制燃油结焦是亟待解决的问题。在实际应用中,针对不同的结焦机理,可采取不同的抑制方法。介绍了燃油结焦的机理,综述了国内外关于航空煤油特性的影响因素的相关试验情况。结果表明:温度对燃油结焦影响最大,由于温度的不同,结焦机理也会发生变化;而压力、流动方式对结焦的影响很小。故通常采用溶解氧含量、材料表面处理及使用添加剂来抑制结焦。     

火焰筒头部积碳对燃油雾化特性影响的试验研究

针对火焰筒头部文氏管表面分别为无积碳和带有2mm均匀积碳、3mm左右不均匀积碳的试验件,运用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)进行不同油气比状态的下游燃油雾化场的试验研究,得到了不同积碳形式对头部雾化场的影响。试验结果表明:在相同油气比状态下,头部带有不均匀积碳时,其下游流场的索太尔平均直径(D32)明显大于头部无积碳和带有均匀积碳的形式的;相对于无积碳和存在2mm均匀积碳状态,不规则积碳状态下的雾化装置下游燃油粒子数的密度沿周向分布更加不均匀;当头部带有均匀积碳和不规则积碳时,燃油雾化场的喷雾锥角增大。     

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。     

超临界压力下航空煤油RP-3壁面结焦特性对换热的影响

研究了超临界压力下航空煤油(RP-3)在微细管内流动过程中结焦对换热的影响规律.实验中系统压力保持为5MPa,燃油质量流量为3g/s.燃油溶解氧达到饱和,实验段进出口油温分别为127℃和450℃,实验时间为60min,并利用“称质法”获得煤油结焦量.结果表明:由于壁面结焦的差异使得换热特性沿实验段可分为3个区域:进口低温段的传热稳定区、结焦峰值处的传热恶化区和出口高温段的短期强化区.进口低温段结焦量较少,对换热的影响可以忽略;结焦峰值处由于其结焦迅速且量大致使管内传热热阻突增,传热系数下降36.1%故出现传热恶化;高温段出现短期强化是由于结焦微粒附着于管壁,增加了其粗糙度而导致近壁面处流体湍动能增大以及由于近壁面高温区域煤油裂解结焦而产生化学吸 热量,进而强化换热.随着时间的推移,结焦量不断增多,结焦热阻增加的效应抵消并超过以上两种因素的影响,因此又出现传热恶化.      

Combustion efficiency test method in scramjet engine

A scramjet engine combustion efficiency measure system was designed.The combustion efficiency was measured by chromatography method,and the results of chromatography method were compared with those of temperature method.The results indicate that the combustion efficiency measured by chromatography method was 80.7%,lower than the combustion efficiency of 84.5%measured by temperature method;the combustion efficiency could be measured more precisely by chromatogram method than by temperature method.The combustion efficiency measure system based on chromatogram method can work well,and thus can be used to measure the combustion efficiency of scramjet engine.