發(fā)布時間：2020-11-05 14:32

　　 鏈烷烴經(jīng)常作為汽油的重要組分和中間產(chǎn)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(xué)反應(yīng)機(jī)理,掌握其著火特性和影響參數(shù),有助于實現(xiàn)燃燒過程的控制,為優(yōu)化實際發(fā)動機(jī)性能提供理論依據(jù)。本文利用CHEMKIN-PRO軟件基于定容燃燒彈試驗平臺的基本參數(shù),建立封閉均質(zhì)反應(yīng)器模型,分別引入正庚烷、正戊烷及異辛烷化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,對鏈烷烴著火的主要反應(yīng)特征及著火特性展開研究。主要研究內(nèi)容包括:第一部分,利用定容燃燒彈中正庚烷著火試驗數(shù)據(jù)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(dāng)量比下鏈烷烴OH敏感性,根據(jù)敏感性分析確定鏈烷烴主要組分及反應(yīng)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(jié)果表明:(1)鏈烷烴著火延時對溫度變化非常敏感,低溫促進(jìn)著火的主要反應(yīng)類型有R16、鏈烷烴脫氫、過氧烷基異構(gòu)化、過氧化氫酮分解等;中溫促進(jìn)著火的反應(yīng)在低溫反應(yīng)基礎(chǔ)上增加了生成過氧化氫酮的反應(yīng),該溫度發(fā)生大量β裂解反應(yīng)引起負(fù)溫度系數(shù)現(xiàn)象;高溫R1、R16及烷基裂解成小分子間的反應(yīng)成為促進(jìn)著火的主要反應(yīng)類型。(2)初始壓力及當(dāng)量比對鏈烷烴著火延時的影響遠(yuǎn)不如溫度顯著,基本不改變各反應(yīng)類型,但可以改變各反應(yīng)速率。初始壓力越大,各反應(yīng)敏感性系數(shù)絕對值越大,促進(jìn)/抑制著火程度加深;當(dāng)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(yīng)路徑、相同反應(yīng)路徑下多種同類型的反應(yīng)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(gòu)化都變成抑制著火的反應(yīng)。這是由于CC8H17與其他三種辛烷基結(jié)構(gòu)不同才產(chǎn)生這種特異性。第二部分,根據(jù)敏感性分析確定鏈烷烴主要組分及反應(yīng)類型,通過對各組分進(jìn)行產(chǎn)率分析,在不同溫度下構(gòu)建鏈烷烴詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)路徑,明確燃料的氧化歷程,結(jié)果表明:(1)初始溫度900K時正庚烷/正戊烷主要反應(yīng)路徑包括低溫反應(yīng)和中溫多組β裂解反應(yīng),其中生成過氧化氫酮反應(yīng)及其分解反應(yīng)是低溫最重要的兩個反應(yīng),生成大量OH并引發(fā)鏈分支反應(yīng),標(biāo)志著正庚烷/正戊烷發(fā)生著火;中溫階段多組β裂解反應(yīng)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(yīng)是鏈傳播反應(yīng),與低溫鏈分支反應(yīng)競爭中間物質(zhì),導(dǎo)致著火延時延長;高溫1250K時正庚烷/正戊烷低、中溫反應(yīng)路徑受到強(qiáng)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(yīng),CC8H17只有17.58%進(jìn)行低溫反應(yīng),其余全部發(fā)生裂解反應(yīng);初始溫度900K時4.1%異辛烷直接高溫裂解,B-、D-辛烷基進(jìn)行極少的低溫反應(yīng),A-辛烷基只發(fā)生中溫β裂解及高溫裂解反應(yīng),C-辛烷基全部發(fā)生高溫裂解反應(yīng);高溫1250K異辛烷直接裂解反應(yīng)占比增至25.6%,A-、D-辛烷基發(fā)生β裂解及高溫裂解反應(yīng),B-辛烷基全部發(fā)生β裂解反應(yīng),而C-辛烷基仍全部發(fā)生高溫裂解。相同條件下CC8H17反應(yīng)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(dāng)量比對著火延時的影響權(quán)重;其次分析上述參數(shù)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(chǎn)生不同著火延時的原因,結(jié)果表明:(1)溫度對著火延時影響權(quán)重遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過壓力及當(dāng)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(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)現(xiàn)象;鏈烷烴著火延時隨初始壓力及當(dāng)量比的增大而縮短。(2)反應(yīng)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(guān)。當(dāng)量比為1時燃燒溫度最高,濃混合氣(當(dāng)量比為1.5)的最高燃燒溫度高于稀混合氣(當(dāng)量比為0.5)。(3)異辛烷脫氫反應(yīng)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(guān)。異辛烷C-H鍵鍵能:a位伯碳d位伯碳仲碳叔碳,其脫氫產(chǎn)物穩(wěn)定性AC8H17DC8H17BC8H17CC8H17,CC8H17低穩(wěn)定性導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)路徑不同于其他三種辛烷基,易發(fā)生裂解反應(yīng)。低溫時CC8H17無需進(jìn)行較長的低溫反應(yīng)路徑而直接裂解導(dǎo)致低溫反應(yīng)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(gòu)化反應(yīng)和過氧化氫基生成過氧化氫酮反應(yīng)中出現(xiàn)的過渡環(huán)形成及氫原子轉(zhuǎn)移,是導(dǎo)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(shù)量最多,難以發(fā)生脫氫及過渡環(huán)中氫原子的轉(zhuǎn)移,支鏈結(jié)構(gòu)不僅在形成過渡環(huán)時會增大環(huán)應(yīng)力,而且空間位阻大,降低了O·捕獲目標(biāo)H·的概率;正庚烷/正戊烷碳原子數(shù)越多,碳原子間鏈連接越脆弱,著火延時越短。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK401
【部分圖文】：

工況十分受限，因受到化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)影響，在大負(fù)荷下，燃小負(fù)荷下，缸內(nèi)燃燒不充分，易產(chǎn)生未完全燃燒產(chǎn)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(zhì)/準(zhǔn)均質(zhì)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(chǎn)生焠熄和狹縫效應(yīng)，導(dǎo)致 CO 和 HC征燃料的組成燃料中存在的碳?xì)浠�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(guān)物質(zhì)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(chǎn)加工過程中為了滿足一些嚴(yán)格、揮發(fā)性及穩(wěn)定性等參數(shù)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(rèn)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(hù)都存在著表性的燃料當(dāng)屬正庚烷和異辛烷，正庚烷和異辛量研究結(jié)果表明[18,19]，兩者混合作為基礎(chǔ)燃料能在汽油中的含量不到 1%，但其作為基礎(chǔ)燃料（進(jìn)行試驗和模擬研究，在基礎(chǔ)燃料中正庚烷的辛為 100，由于兩者辛烷值的特點，基礎(chǔ)燃料是目烷與柴油的十六烷值很接近[20]，經(jīng)常被用作柴油應(yīng)中容易發(fā)生 C-C 鏈斷裂及β裂解反應(yīng)[21]，異辛基結(jié)構(gòu)，除了常規(guī)的脫氫反應(yīng)，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(chǎn)物。由于這些原因，許多學(xué).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(jié)構(gòu)模型圖 1.4 異辛烷分子結(jié)構(gòu)模型外研究現(xiàn)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(xiàn)象燃燒過程的本質(zhì)。為了彌補(bǔ)試驗研究機(jī)理角度來闡述產(chǎn)生這些結(jié)果的原因展開了激烈的研究。
【參考文獻(xiàn)】

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1 周晶磊;夏鴻文;任超偉;;均質(zhì)壓燃在內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)中的應(yīng)用[J];交通節(jié)能與環(huán)保;2013年04期

2 ;Experimental study of n-heptane ignition delay with carbon dioxide addition in a rapid compression machine under low-temperature conditions[J];Chinese Science Bulletin;2012年30期

3 JEONG DongSoo;CHO GyuBack;CHOI SuJin;LEE JinSoo;;Fuel combustion test in constant volume combustion chamber with built-in adaptor[J];Science China(Technological Sciences);2010年04期

4 劉揚;郭建斌;;汽車對生態(tài)環(huán)境污染的分析研究與前景判斷[J];環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì);2008年09期

5 朱蓉;趙俊;熊偉清;;一種求解F檢驗臨界值的迭代算法[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2007年13期

6 賈明;解茂昭;;ISAT在HCCI發(fā)動機(jī)多維詳細(xì)反應(yīng)動力學(xué)計算中的應(yīng)用及其改進(jìn)[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;2006年01期

7 馬凡華,蔣德明;一種可變湍流參數(shù)的定容燃燒彈試驗裝置[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報;2001年01期

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1 許漢君;柴油/甲醇二元燃料燃燒反應(yīng)動力學(xué)研究[D];天津大學(xué);2012年

2 張慶峰;汽油燃料替代混合物均質(zhì)壓燃反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)研究[D];重慶大學(xué);2011年

3 袁濤;正庚烷、異辛烷熱解和預(yù)混火焰的實驗及動力學(xué)模型研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

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1 李鄭楠;單一組分燃料臨界自燃邊界關(guān)聯(lián)性研究[D];吉林大學(xué);2017年

2 陳陽;面向梯級自燃的純質(zhì)組分燃料臨界自燃條件研究[D];吉林大學(xué);2016年

3 趙瑞青;正丁醇—柴油混合燃料低溫燃燒過程數(shù)值模擬研究[D];廣西大學(xué);2013年

4 王亞;正丁醇/正庚烷在快速壓縮機(jī)中著火特性的研究[D];上海交通大學(xué);2013年

5 白小磊;基于定容燃燒彈的甲烷摻氫燃燒特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

6 呂昊;CHEMKIN軟件在均質(zhì)壓燃及燃料改質(zhì)數(shù)值模擬中的應(yīng)用[D];長安大學(xué);2010年

7 王彬彬;計算奇異攝動分析在簡化燃燒化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

本文編號：2871772