替代燃料贫油熄火边界影响因素

为了研究燃油以及入口空气压力对于贫油熄火(LBO)边界的影响大小及规律,采用航空煤油(RP-3)、高沸点费托油(FT)和柴油进行了三种不同燃烧室入口压力工况下的贫油熄火实验并进行规律分析。分析结果表明:入口压力对贫油熄火边界的影响(19.17%)要大于燃油性质造成的影响(6.26%)。导致熄火油气比变化的主要因素包括入口空气压力,火焰体积,燃烧室温度,燃油雾化直径以及燃油的热值和密度,其中火焰体积和燃油雾化直径主要受燃油性质影响,而燃烧室温度则与入口压力有很大关系。入口压力影响的贫油熄火油气比变化会受其影响的火焰体积和燃烧室温度变化而削弱。碳数高支链烷烃含量少的燃油可能会提高火焰体积对熄火油气比的影响,使其在低入口压力下有更好的贫油熄火边界。      

航空替代燃料低温点火关键物质研究

液体燃料低温条件下挥发的燃油组分对于点火启动有显著影响。通过对航空煤油RP-3和煤基费托F-T燃料低温条件气相组分分析,得到了-40℃到15℃燃料挥发组分及含量分布规律,确定低温条件发动机点火关键物质并进行点火边界测试及分析。通过加入轻烃物质煤基费托燃料点火性能有显著提高作用,其改善顺序为环烷烃最优,其次是支链烷烃,直链烷烃。对航空替代燃料应用于发动机低温冷启动及高空再点火过程有一定指导意义。      

燃料组分差异对贫油熄火边界的影响

为了推进替代燃料的多元化,扩大航空燃料的组分分布。以标准航空煤油为基准,研究了柴油和高沸点费托油对燃烧室贫油熄火边界的影响。实验采用单头部燃烧室,通过改变燃烧室进出口压力,研究其熄火边界的变化规律,并分析了其与理化性质和组成的关联关系。结果显示在220kPa的出口压力下,航空煤油的熄火性能略优于另外两种燃油,高沸点费托油相比航空煤油熄火边界窄5%,而在140kPa的低压条件下,高沸点费托油的熄火边界相比航空煤油拓宽了8%。分析得到整体上低沸点烷烃和直链烷烃的熄火性能较好。      

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。      

纤维素类生物质水热法制备航油前驱物能耗分析

生物质制备航空替代燃料对于全球碳减排和控制温室气体排放发挥十分重要的影响。纤维素类生物质来源广、年产量大成为其作为生物质原料的显著优势。结合目前纤维素类生物质研究的最新成果,深入研究了纤维素类生物质制备航油前驱物（糠醛（FF）、5-羟甲基糠醛（5-HMF）、乙酰丙酸（LA））关键工艺单元的工艺参数和产率,通过Aspen Plus工艺模拟,研究比较了糠醛与乙酰丙酸制备工艺、糠醛与5-羟甲基糠醛制备工艺过程的物质流和能流,得出了不同工艺参数对产率的影响,并进行了能耗分析,为提高平台化合物的产率和降低能耗提供了理论基础。      

正十七烷与正十八烷对航空煤油理化性能及液滴平均直径的影响

讨论了正十七烷与正十八烷(C₁₇,C₁₈)对燃料运动黏度、密度、表面张力理化性能的影响,探究了直链烷烃对SMD(Sauter mean diameter)的影响.将Key's混合规律、Tat混合规律和多项式拟合应用于密度公式的拟合,并将Key's混合规律与对数拟合应用于运动黏度公式的拟合,得出的理化性能拟合公式精度较高;通过测量纯煤油及C₁₇,C₁₈混合油雾化的SMD,实验发现随着直链烷烃的质量分数的增加,混合油的运动黏度增加,SMD也随之增加,雾化效果与纯航空煤油的相比较差,而C₁₈混合油的SMD要比C₁₇混合油要大,并且利用密度、运动黏度的拟合公式对SMD进行预测的偏差小于0.3%.      

基于发动机与飞机的藻基航空燃料全生命周期分析

讨论了基于发动机类别及其飞机的藻基航空替代燃料与常规航空燃料对全生命周期的影响。基于GREET（the greenhouse gases,regulated emissions,and energy use in transportation）模型,依据平均载荷、最大航程,将民航客机分为单通道窄体、双通道中型、双通道大型、巨型、支线和公务机等6类。起飞、爬升、进近、滑行、巡航过程的燃料消耗及排放采用国际民用航空组织、美国NASA-AAFEX实验、欧洲EASA适航条例提供的数据。计算了6类发动机-飞机的气体排放、能量消耗情况。在双通道大型客机中藻基航空替代燃料制备过程的温室气体排放仅为0.2351g/(kg·km),原因为该类客机与小型飞机相比有更好的发动机效率和运输效率。然而由于起飞降落过程排放比例较大,单通道窄体客机在航程上对温室气体排放变化更为敏感。      

中国微藻航空煤油制备潜能及CO2减排

综合考虑中国各地温度变化、水资源和CO₂的供给能力等因素,分析了中国适合微拟球藻规模化养殖的地区;根据2013年沿海地区燃煤发电排放CO₂量,结合蓬莱地区微拟球藻规模化养殖的实际数据,预测了中国微藻的年产量潜力及在现有技术水平下利用这些微藻原料可制备航空煤油的潜力;并采用全生命周期模型GREET计算了微藻航空煤油相比传统石油基航空煤油在全生命周期内中可减少CO₂的排放量。结果表明:目前中国具有每年8894万t的微藻养殖潜力,这些微藻共可制备航空煤油1917万t;与传统航煤相比,制备1 t微藻航空煤油在全生命周期内相比传统航空煤油可降低CO₂排放2.28 t。     

煤基费托航空燃料燃烧性能及航程

航空替代燃料肩负着能源安全以及环境保护的双重使命。对煤基费托航空燃料的基础燃烧性能及航程进行了实验和理论研究。针对民航客机典型飞行任务,选取装有2台CFM56-7B发动机的B737-800型客机进行全包线飞行的航程评价。研究结果表明,煤基费托航空燃料比石油基航空煤油密度低,但热值高。评价结果表明使用煤基费托燃料的客机航程比使用石油基航空煤油的客机缩短2.1%。同时,虽然煤基费托航空燃料的燃烧边界较石油基航煤略窄,但更易点火且不易积碳。取得的结果对煤基费托航空替代燃料的实际应用具有一定的指导意义。      

未来航空燃料原料可持续性研究

运用全生命周期评价方法,评价未来航空燃料原料可持续性。以传统石油基航空燃料为基准,分析未来8种航空燃料原料（煤、天然气、能源藻、麻疯树、大豆、棕榈、油菜籽及亚麻荠）的可持续性。评价路径包括原料阶段、燃料阶段和应用阶段。原料阶段考虑基础设施消耗,燃料阶段考虑因电能消耗嵌套引起的碳排放。评价指标不仅包括能量、化石能源、水资源消耗和温室气体（GHG）排放,而且包括了环境污染雾霾中的主要成分PM10和PM2.5排放。本文为选择航空替代燃料原料来源提供理论和技术基础。结果表明,在原料阶段,生物基温室气体排放相比石油基均降低,其中大豆油碳减排最明显,麻疯树基航空燃料PM10和PM2.5排放量大,因在种植过程中加入大量化肥。在燃料阶段,煤基费托过程能量消耗大,碳排放高。通过全生命周期分析,煤基费托温室气体排放高,大豆温室气体排放较低,其次是能源藻。在不与人争粮,不与粮争地的前提下、不占用耕地的能源藻具有可持续大规模制备航空替代燃料的应用前景。