【摘要】：吸熱型碳氫燃料在超臨界條件下一方面具有物理吸熱的作用,另一方面由于燃料吸收大量熱量之后化學鍵斷裂使得其吸熱能力大大增強,因而廣泛應用于超燃沖壓發(fā)動機的再生主動冷卻。燃料在非裂解溫度區(qū)間的物理換熱以及高溫情況下的裂解產(chǎn)物的組成均對燃料的熱沉有較大影響。催化劑的添加能夠降低化學反應的活化能,因而可以使得燃料在低于熱裂解溫度的情況下發(fā)生裂解,并對裂解產(chǎn)物具有一定的選擇性,因此吸熱量更多;另一方面則納米顆粒的添加可以在整個流動過程中增強湍流強度,強化換熱。本文以正癸烷的催化裂解為主要內(nèi)容,研究納米ZSM-5分子篩在正癸烷流動換熱過程中對傳熱和裂解的影響。本文利用正十二烷基三乙氧基硅烷對納米ZSM-5進行表面修飾,獲得親油性納米ZSM-5分子篩,并采用機械攪拌和超聲分散的方式對納米顆粒進行分散,獲得正癸烷基懸浮穩(wěn)定的納米流體。由于ZSM-5分子篩的骨架結(jié)構(gòu)主要為Si和Al的氧化物,并且為對比非催化納米顆粒和催化納米顆粒對正癸烷流動換熱的影響分,因此本文中所用的納米流體為ZnO-正癸烷,SiO_2-正癸烷,Al_2O_3-正癸烷和ZSM-5正癸烷。在非裂解溫度區(qū)間進行四種納米流體的超臨界換熱實驗,研究不同納米顆粒對正癸烷在非裂解溫度區(qū)間換熱的影響是否具有強化換熱的作用和具有強化換熱作用的納米顆粒在不同濃度條件下對正癸烷換熱的影響,獲得最佳納米流體的濃度,并對部分工況的結(jié)焦情況進行分析。最后根據(jù)Maxwell經(jīng)典模型和團聚理論發(fā)展了具有分子吸附層的換熱系數(shù)關聯(lián)式。根據(jù)非裂解溫度區(qū)間的換熱效果選擇合適的非催化納米顆粒和催化納米顆粒研究其在裂解溫度區(qū)間對正癸烷換熱和裂解的影響。包括非催化納米顆粒在高溫區(qū)間對正癸烷換熱的強化作用和催化納米顆粒對正癸烷的換熱強化作用,裂解起始溫度的降低,裂解產(chǎn)物的選擇性,最終獲得該溫度區(qū)間最佳非催化納米流體和催化納米流體的濃度。針對納米ZSM-5對正癸烷裂解換熱的影響,因而將納米ZSM-5-正癸烷的實驗結(jié)果與相同濃度的微米ZSM-5-正癸烷和相同濃度納米ZSM-5-環(huán)己烷的結(jié)果對比,分別研究其納米效應對裂解的提高作用和對高溫區(qū)的物理換熱的強化作用。根據(jù)催化反應動力學分別發(fā)展了相應的關聯(lián)式,將納米ZSM-5在高溫下的換熱原理進行定性的闡述,為提高燃料熱沉提供理論依據(jù)。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ511

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本文編號：2689750