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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (12): 2438-2445    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201706121
论文     
航空煤油替代燃料模型构建方法及HEF航空煤油替代燃料模型
郑东1,2,钟北京2,*(),姚通3
1 西南交通大学机械学院,成都610031
2 清华大学航天航空学院,北京100084
3 清华大学热能工程系燃烧能源中心,北京100084
Methodology for Formulating Aviation Kerosene Surrogate Fuels and The Surrogate Fuel Model for HEF Kerosene
Dong ZHENG1,2,Bei-Jing ZHONG2,*(),Tong YAO3
1 School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, P. R. China
2 School of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, P. R. China
3 Center for Combustion Energy, Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, P. R. China
 全文: PDF(873 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

本文在完善燃烧化学特性参数,发展更准确的混合物特性参数计算方法的基础上,提出一套完整的、精确的航煤替代燃料模型构建方法。并采用定容燃烧弹实验系统首次测量了初始温度420和460 K、压力0.1 MPa,实际HEF航煤以及代表性组分十氢萘的层流火焰传播速度,为本文发展和验证替代燃料模型提供充分的实验数据。依据该方法提出了摩尔分数为65%正十二烷、10%正十四烷、25%十氢萘三组分HEF航煤替代燃料模型。充分的的实验和计算结果验证表明,替代燃料模型与实际HEF航煤在物理特性和燃烧化学特性方面有很高的相似性。本文提出的HEF航煤替代燃料模型和实验测量的层流火焰传播速度,为后续化学反应机理的发展与验证奠定了基础。

关键词: 航空煤油替代燃料高能量密度燃料层流火焰传播速度反应机理    
Abstract:

The methodology for formulating aviation kerosene surrogate fuels was developed based on enriching combustion chemical property parameters, and presenting accurate computational method for mixture fuel property parameters. Moreover, under the conditions of initial pressure of 0.1 MPa, initial temperatures of 420 K and 460 K, the laminar flame speeds of the real HEF kerosene were measured using the constant-volume combustion bomb experiment. Depending on the methodology, the HEF kerosene surrogate fuel model, consisting of 65% n-dodecane/10% n-tetradecane/25% decalin (mole fraction), was presented. Sufficiently validated results indicated that in both physical and combustion chemical properties, the surrogate fuel models have high similarity with the real HEF kerosene. The present surrogate fuel model and experimental data provide a foundation for the development and validation of the chemical mechanism.

Key words: Aviation kerosene    Surrogate fuel    High energy density fuel    Laminar flame speed    Reaction mechanism
收稿日期: 2017-04-24 出版日期: 2017-06-12
中图分类号:  O643  
基金资助: 国家自然科学基金项目(91441113);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2682017CX035)
通讯作者: 钟北京     E-mail: zhongbj@tsinghua.edu.cn
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郑东
钟北京
姚通

引用本文:

郑东,钟北京,姚通. 航空煤油替代燃料模型构建方法及HEF航空煤油替代燃料模型[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2438-2445.

Dong ZHENG,Bei-Jing ZHONG,Tong YAO. Methodology for Formulating Aviation Kerosene Surrogate Fuels and The Surrogate Fuel Model for HEF Kerosene. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(12): 2438-2445.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201706121        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I12/2438

图1  发展航煤替代燃料模型的方法
图2  正癸烷/甲苯混合燃料DCN随甲苯比例的变化关系13
图3  异辛烷/乙醇混合燃料火焰传播速度测量随乙醇比例的变化关系23
图4  异辛烷/正庚烷/乙醇混合燃料火焰传播速度计算值与实验值对比24
图5  定容燃烧弹实验系统示意图
图6  十氢萘/空气层流火焰传播速度实验测量结果
图7  HEF航煤/空气层流火焰传播速度实验测量结果
图8  HEF航煤组成成分(摩尔分数)
图9  HEF航煤组成成分碳数分布
FormulaDensity/(g·cm-3)Viscosity/(mPa·s)H/C ratioMW/(g?mol-1)Boiling point/℃DCN
HEF keroseneC11.72H24.580.7912.502.10165.54170.0-249.570
RP-3 keroseneC10.57H21.990.7851.162.08148.83163.0-212.030-6028
Surrogate fuel modelC11.70H24.400.7842.682.09165.12195.8-254.072.6
表1  HEF航煤的特性参数分析结果
CompoundFormulaDensity/(g·cm-3) aViscosity/(mPa·s) aH/C ratioMW/(g?mol-1) aBoiling point/℃ aDCN
n-tetradecaneC14H300.7642.122.14198.39254.095 29
n-dodecaneC12H260.7491.432.17170.33216.378.6 20
decalinC10H180.8983.381.80138.25195.834.6 20
表2  HEF航煤代表性组分的特性参数
图10  HEF航煤及其替代燃料模型层流火焰传播速度
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