航空發(fā)動機(jī)是國防、交通等領(lǐng)域的核心裝備,反映了一個國家的科技和工業(yè)能力。燃燒過程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究是認(rèn)識燃燒本質(zhì)的重要手段和途徑。探明航空燃料的燃燒機(jī)理是進(jìn)行發(fā)動機(jī)燃燒數(shù)值模擬,進(jìn)而推動發(fā)動機(jī)設(shè)計所需要重點(diǎn)解決的問題之一。RP-3是我國常用的航空煤油,組成成分較為復(fù)雜,通常采取構(gòu)建替代燃料模型的方法來簡化燃燒反應(yīng)機(jī)理研究的復(fù)雜度。目前已有多種針對RP-3的替代燃料模型被提出,但這些模型中烴的種類和比例均存在一定的差異,為模型的選擇和其在數(shù)值模擬中的應(yīng)用帶來了較大困難。在本文中,筆者首先依據(jù)實驗數(shù)據(jù)構(gòu)建了RP-3的詳細(xì)組分（45組分）模型。然后采用基于反應(yīng)力場（Reactive force field,ReaxFF）的分子動力學(xué)模擬方法,系統(tǒng)地研究了詳細(xì)組分模型的高溫?zé)峤夂脱趸姆磻?yīng)機(jī)理。以詳細(xì)組分的反應(yīng)機(jī)理為基準(zhǔn),對兩種已被廣泛使用的3組分和4組分RP-3替代模型的可靠性進(jìn)行了深入評估。在高溫?zé)峤獾哪M研究中,發(fā)現(xiàn)3組分和4組分替代模型均會高估主要產(chǎn)物乙烯的產(chǎn)量,其中3組分模型高估約10%,4組分模型高估約15%。這種高估的主要原因是替代模型中直鏈烷烴的含量過高,3組分中直鏈烷烴的質(zhì)量... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

優(yōu)化后的RP-3熱解初始構(gòu)型:(a)3組分模型，(b)4組分模型，(c)45組分模型

與熱解模型保持一致，均設(shè)為 0.1g/cm3。為了觀察到 RP-3 燃料分子更詳細(xì)的氧化應(yīng)路徑，將氧化模擬的時間擴(kuò)大到 1ns，最終構(gòu)建 ReaxFFMD 模擬的 RP-3 氧化模規(guī)模為：3 組分氧化模型含有 13284 個原子數(shù)，4 組分模型含有 12930 個原子，45分模型含有 12262 個原子。詳細(xì)組分與替代模型的氧化初始模型如圖 2.2 所示。通過對熱解反應(yīng)行為的分析可知，當(dāng)溫度達(dá)到 2800K 時燃料分子的反應(yīng)性更高，此氧化模擬的溫度選為 2800 K，選擇這個模擬溫度的原因主要有：這個溫度下的化模擬結(jié)果可以與熱解模擬結(jié)果進(jìn)行對比，以便對航空煤油 RP-3 的熱解與氧化過有更加清晰的認(rèn)識，高溫條件下能夠加速化學(xué)反應(yīng)，可以在有限的模擬時間內(nèi)得到多的反應(yīng)信息。采用 ReaxFF 力場對得到的初始構(gòu)型進(jìn)行能量最小化和動力學(xué)預(yù)平處理，具體步驟參考本章 2.2.1。隨后在 NVT 系綜中進(jìn)行溫度為 2800 K 的恒溫eaxFF MD 模擬。三種 RP-3 模型的初始氧化模型如圖 2.2 所示。

本論文首先對升溫模擬過程中燃料分子隨時間的演化趨勢進(jìn)行了分析，如圖3.1 所示。為了更加清晰地展示替代模型與 45 組分模型燃料分子的失重差異，將替代模型燃料分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與 45 組分模型做差，如圖 3.2 所示。3 組分和 4 組分替代模型在 2000K 附近開始分解，而 45 組分模型在 1500K 附近開始少量分解，當(dāng)溫度低于 2200 K 時，45 組分模型燃料分子消耗速率高于兩種替代模型；當(dāng)溫度高于2200K 時，兩種替代模型燃料分子的消耗速率增大，分解速率大于 45 組分模型。通過對反應(yīng)列表的分析可知造成這種差異的主要原因是：45 組分 RP-3 模型中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 25.7%的支鏈烷烴，與其他類烴類相比，支鏈烷烴在溫度較低時更容易分解。因此低溫時 45 組分模型燃料分子的消耗速率更快些；隨著溫度的升高

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3095307