鏈烷烴經常作為汽油的重要組分和中間產物而被廣泛研究。隨著石油工業(yè)的演變和新型燃燒模式的發(fā)展,深入理解鏈烷烴的化學反應機理,掌握其著火特性和影響參數,有助于實現燃燒過程的控制,為優(yōu)化實際發(fā)動機性能提供理論依據。本文利用CHEMKIN-PRO軟件基于定容燃燒彈試驗平臺的基本參數,建立封閉均質反應器模型,分別引入正庚烷、正戊烷及異辛烷化學反應機理,對鏈烷烴著火的主要反應特征及著火特性展開研究。主要研究內容包括:第一部分,利用定容燃燒彈中正庚烷著火試驗數據完成對仿真模型的可靠性驗證;單因素研究不同溫度、壓力及當量比下鏈烷烴OH敏感性,根據敏感性分析確定鏈烷烴主要組分及反應類型,闡述不同條件下正庚烷著火溫度變化不敏感的原因,結果表明:(1)鏈烷烴著火延時對溫度變化非常敏感,低溫促進著火的主要反應類型有R16、鏈烷烴脫氫、過氧烷基異構化、過氧化氫酮分解等;中溫促進著火的反應在低溫反應基礎上增加了生成過氧化氫酮的反應,該溫度發(fā)生大量β裂解反應引起負溫度系數現象;高溫R1、R16及烷基裂解成小分子間的反應成為促進著火的主要反應類型。(2)初始壓力及當量比對鏈烷烴著火延時的影響遠不如溫度顯著,基本不改變各反應類型,但可以改變各反應速率。初始壓力越大,各反應敏感性系數絕對值越大,促進/抑制著火程度加深;當量比越大,著火延時越短。(3)正庚烷在不同條件下多樣的反應路徑、相同反應路徑下多種同類型的反應及非常低的能量壁壘使得正庚烷著火溫度隨外界條件變化不敏感。(4)異辛烷脫氫生成的CC8H17的著火敏感性不同于A-、B-、D-辛烷基,低溫階段其脫氫、過氧烷基異構化都變成抑制著火的反應。這是由于CC8H17與其他三種辛烷基結構不同才產生這種特異性。第二部分,根據敏感性分析確定鏈烷烴主要組分及反應類型,通過對各組分進行產率分析,在不同溫度下構建鏈烷烴詳細的化學反應路徑,明確燃料的氧化歷程,結果表明:(1)初始溫度900K時正庚烷/正戊烷主要反應路徑包括低溫反應和中溫多組β裂解反應,其中生成過氧化氫酮反應及其分解反應是低溫最重要的兩個反應,生成大量OH并引發(fā)鏈分支反應,標志著正庚烷/正戊烷發(fā)生著火;中溫階段多組β裂解反應包括:過氧烷基裂解生成共軛烯烴+HO2,過氧羥烷基裂解生成醛類+烯烴+OH或生成環(huán)醚+OH,β裂解反應是鏈傳播反應,與低溫鏈分支反應競爭中間物質,導致著火延時延長;高溫1250K時正庚烷/正戊烷低、中溫反應路徑受到強烈抑制,脫氫后的烷基直接裂解成小分子的烷基和烯烴。(2)初始溫度725K時異辛烷A-、C-、D-辛烷基大部分發(fā)生低溫反應,CC8H17只有17.58%進行低溫反應,其余全部發(fā)生裂解反應;初始溫度900K時4.1%異辛烷直接高溫裂解,B-、D-辛烷基進行極少的低溫反應,A-辛烷基只發(fā)生中溫β裂解及高溫裂解反應,C-辛烷基全部發(fā)生高溫裂解反應;高溫1250K異辛烷直接裂解反應占比增至25.6%,A-、D-辛烷基發(fā)生β裂解及高溫裂解反應,B-辛烷基全部發(fā)生β裂解反應,而C-辛烷基仍全部發(fā)生高溫裂解。相同條件下CC8H17反應類型確實不同于其他三種辛烷基。第三部分,研究鏈烷烴的著火特性,首先利用方差分析法找出溫度、壓力及當量比對著火延時的影響權重;其次分析上述參數對著火延時及燃燒溫度的影響;最后從碳鏈差異角度解釋產生不同著火延時的原因,結果表明:(1)溫度對著火延時影響權重遠遠超過壓力及當量比,鏈烷烴著火延時可劃分為低、中、高溫三個階段。在低、高溫階段著火延時隨著溫度升高而縮短,中溫階段著火延時隨溫度升高反而延長,出現負溫度系數現象;鏈烷烴著火延時隨初始壓力及當量比的增大而縮短。(2)反應器最高燃燒溫度隨初始溫度升高而升高,但與初始壓力無關。當量比為1時燃燒溫度最高,濃混合氣(當量比為1.5)的最高燃燒溫度高于稀混合氣(當量比為0.5)。(3)異辛烷脫氫反應速率與其氫原子連接的碳原子類型以及碳原子位置(a、d)有關。異辛烷C-H鍵鍵能:a位伯碳d位伯碳仲碳叔碳,其脫氫產物穩(wěn)定性AC8H17DC8H17BC8H17CC8H17,CC8H17低穩(wěn)定性導致化學反應路徑不同于其他三種辛烷基,易發(fā)生裂解反應。低溫時CC8H17無需進行較長的低溫反應路徑而直接裂解導致低溫反應速率最大。(4)鏈烷烴著火延時始終為:異辛烷正戊烷正庚烷,低溫階段過氧烷基生成過氧羥烷基的異構化反應和過氧化氫基生成過氧化氫酮反應中出現的過渡環(huán)形成及氫原子轉移,是導致鏈烷烴著火特性存在差異的重要原因。異辛烷著火延時最長,是由于其伯碳數量最多,難以發(fā)生脫氫及過渡環(huán)中氫原子的轉移,支鏈結構不僅在形成過渡環(huán)時會增大環(huán)應力,而且空間位阻大,降低了O·捕獲目標H·的概率;正庚烷/正戊烷碳原子數越多,碳原子間鏈連接越脆弱,著火延時越短。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TK401
【部分圖文】：

工況十分受限，因受到化學反應動力學影響，在大負荷下，燃小負荷下，缸內燃燒不充分，易產生未完全燃燒產物和較多的能均會惡化，同時還會造成冷啟動困難[14]。（c）均質/準均質壓 NOx 和 PM 排放，但是采用更稀的混合氣和高 EGR 率，會使分不均勻，不可避免的產生焠熄和狹縫效應，導致 CO 和 HC征燃料的組成燃料中存在的碳氫化合物主要是來自于石油蒸餾煉制出的汽油理化特性相近的單組分燃料。其中，汽油主要是由 C4~C10烴類 等人[15]對汽油替代燃料相關物質組分展開研究，得出汽油中各 1.1 所示。具體包括鏈烷烴（n,i-Paraffins）、環(huán)烷烴（Naph芳香烴（Aromatics）等。在生產加工過程中為了滿足一些嚴格、揮發(fā)性及穩(wěn)定性等參數要求，使得其原油來源、煉制工藝及致了在市場上汽油的組分存在很大的差異。

被認為是汽油的替代燃料，其燃燒的方向，對化石燃料的利用及環(huán)境保護都存在著表性的燃料當屬正庚烷和異辛烷，正庚烷和異辛量研究結果表明[18,19]，兩者混合作為基礎燃料能在汽油中的含量不到 1%，但其作為基礎燃料（進行試驗和模擬研究，在基礎燃料中正庚烷的辛為 100，由于兩者辛烷值的特點，基礎燃料是目烷與柴油的十六烷值很接近[20]，經常被用作柴油應中容易發(fā)生 C-C 鏈斷裂及β裂解反應[21]，異辛基結構，除了常規(guī)的脫氫反應，更容易發(fā)生脫甲顯著的代表性。的在常溫常壓下以液態(tài)形式存在的直鏈烷烴也是物氧化過程的中間產物。由于這些原因，許多學.2、1.3、1.4 分別為正庚烷、正戊烷及異辛烷的分

圖 1.3 正戊烷分子結構模型圖 1.4 異辛烷分子結構模型外研究現狀的研究主要包括試驗和模擬研究。試，只能得到表面的一般性規(guī)律和現象燃燒過程的本質。為了彌補試驗研究機理角度來闡述產生這些結果的原因展開了激烈的研究。
【參考文獻】

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本文編號：2871772