直链烷烃热裂解和催化裂解的理论和模拟研究

摘要

主动冷却是高速飞行器热管理的有效办法,催化裂解和热裂解由于是吸热反应而被采用.本工作首先构建了详细机理,然后对乙烷、丁烷和正癸烷的热裂解以及在Pt/Al2O3催化剂作用下的催化裂解进行了数值模拟对比研究.乙烷和丁烷的热裂解机理包含62个气相物种和285步反应,正癸烷的热裂解机理包括298个物种和1104步反应.对于高温条件下的催化裂解,气相反应和表面反应的相互作用现象明显.因此,本工作构建的催化裂解机理包含气相反应机理和表面反应机理两部分.乙烷和丁烷的催化裂解机理包括62个气相物种和285步气相反应,27个表面物种和133步表面反应.正癸烷的催化裂解机理包括304个气相物种和1 104步气相反应,59个表面物种和366步表面反应.采用数值模拟的方法得到了产物分布、产物的流速、密度,以及热沉.模拟结果表明,相对于热裂解,在有催化剂存在的催化裂解,转换率大大提高,产生的烯烃也较多,从而流速较大,密度较小.此外,正癸烷催化裂解热沉的理论预测值比热裂解的要多,说明催化裂解在飞行器的热管理方面比热裂解更有效.