吸气式发动机燃料研究进展及展望

针对航天吸气式发动机的发展趋势,分析了其对燃料能量密度、热沉、点火及燃烧等关键性能的要求。总结评述了国内外燃料性能改善的多种技术途径,如通过合成新型液体燃料和添加含能粒子提高燃料能量,借助添加剂和催化反应提高燃料热沉,通过设计合成高反应性燃料分子和借助高活性添加剂缩短点火延迟和提高燃烧效率的技术途径等。提出了满足吸气式发动机近期及中期发展目标的燃料体系,包括积净热值达到60MJ/L的高能量密度燃料,满足长时间运行马赫5～6,马赫7～8,组合动力预冷发动机及马赫数9飞行的燃料。     

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。     

液体推进剂的热裂解生焦过程研究

研究了液体推进剂模型燃料正十一烷在575～700℃、0.1～5.0MPa条件下的热裂解生焦情况,通过气相色谱法(GC)和气相色谱-质谱法(GC-MS)对裂解气液相产物进行了分析,并根据分析结果推测了可能的裂解结焦机理。气体产物主要有甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和丁烯,裂解液中则含有烯烃类、环烃类、苯类和多环芳烃等化合物。随温度和压力的升高,反应程度明显加深,产物中芳烃及多环芳烃类化合物含量显著增加,更容易发生结焦沉积、堵管等现象。     

吸热燃料裂解催化剂CuAPSO-34的合成及性能

采用Cu离子对硅磷酸铝分子筛SAPO－34进行离子改进,成功合成出CuAPSO－34分子筛。通过XRD,SEM,EDX及NH3－TPD等分析手段对改性分子筛进行结构及酸性的表征和对照分析,表明Cu的掺入较好改变了SAPO－34分子筛的微观结构及表面酸性。通过对吸热燃料模型化合物－正庚烷进行催化裂解的对比试验,获得了转化率和低碳烯烃的收率数据。结果表明CuAPSO－34能明显提高催化活性,大幅降低裂解温度;且在经济裂解温度区间500℃－600℃对低碳烯烃的选择性亦有所提高,因而吸热 燃料能够提供更高的热沉。     

JP-10燃料在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的常压催化裂解

研究了常压下JP-10燃料在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的催化裂解。研究发现,HZSM-5/不锈钢筛网复合膜对JP-10裂解具有较好的催化活性。400℃、停留时间6.51 s时,高密度碳氢燃料JP-10在空白不锈钢筛网上不发生任何裂解,而在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的裂解转化率为15.2%;500℃、停留时间5.67 s时,JP-10在空白不锈钢筛网上的裂解转化率为3.1%,而在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上的裂解转化率高达42.1%。JP-10催化裂解的主要产物为C1-C4、苯、环戊二烯和甲苯,苯的含量随停留时间增加而逐渐增加,而环戊二烯的含量则逐渐减少,C1-C4和甲苯的含量随停留时间变化不大。根据产物分布,提出了JP-10在HZSM-5/不锈钢筛网复合膜上催化裂解的可能反应途径。     

吸热型碳氢燃料基础油的饱和蒸气压测定

根据拟静态法原理,采用斜式沸点计建立了一套适用于多组分体系饱和蒸气压测定的装置。测定了用于制备吸热型碳氢燃料的一组基础油器在一系列温度下的饱和蒸气压,用Antoine方程关联了饱和蒸气压与温度的关系,同时根据Clausius-Clapeyron方程计算了各基础油品的蒸发焓和蒸发熵。为吸热型碳氢燃料的调配和性能评价提供了基础信息。