单脉冲激波管研究JP-10的热裂解

摘要

JP-10是一种人工合成的碳氢燃料,分子式为C10H16,化学名称为四氢双环戊二烯(exo-tetrahydrodicyclopentadiene),由于其三环结构使其具有高能量密度,单位质量、单位体积所含的能量高,是航天发动机的重要应用燃料。JP-10是高碳数碳氢化合物,可以用作超高声速发动机的吸热型碳氢燃料,在进入发动机燃烧室之前作为冷却剂,在吸收发动机外壁热量的同时自身也发生裂解反应生成小分子碳氢化合物,达到给发动机冷却防热的目的,也提高了燃烧效率。目前关于JP-10裂解数据不多,主要采用流动反应管和搅拌反应器实验获得。采用激波管方法研究JP-10裂解的实验更少。本论文采用激波管实验研究JP-10高温裂解特性,通过色谱方法分析裂解产物分布。
　　激波管裂解实验中,通常采用测量激波速度,再依据理想激波关系获得反射激波后5区温度作为裂解反应的温度。由于激波运行的非理想性和边界层等因素的影响,导致由理想激波关系式计算的温度与实际温度存在一定的偏差。本论文采用对比速率法来确定激波管实验中裂解反应温度,对比速率法依据在反应混合物中加入的内标物的裂解量来确定反应温度。内标物与被研究的反应物在相同条件下发生裂解,根据内标物裂解量确定反应温度能够消除激波运行非理想性带来的误差。对比速率法是首次用于研究JP-10这样的大分子化合物的裂解。
　　本论文利用单脉冲激波管反射激波后的高温环境使JP-10发生裂解反应,用1.1.1-三氟乙烷做内标物确定裂解反应温度,在1160-1410K的温度范围内,将对比速率法和激波关系式两种方法所得到的温度作了对比。用两台气相色谱仪分别对JP-10在1104K-1282K之间的高碳(碳数大于5)裂解产物和低碳(碳数小于6)裂解产物进行了定性定量分析,主要的裂解产物有乙烯、丙烯、正丁烯、丙炔、环戊烯、苯、甲苯。根据色谱定量分析结果得出了裂解产物量随温度的分布,最后获得了JP-10在温度范围1104K-1282K的裂解反应的速率表达式。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 碳氢燃料热裂解的主要研究方法

1.3 碳氢燃料激波管裂解的主要分析手段

1.4 国内外研究现状

1.5本论文的主要研究目的和主要内容

2 激波管方法

2.1 激波管简介

2.2 单脉冲激波管

2.3 气相色谱仪简介

2.4 本章小结

3 激波管实验

3.1 实验

3.2 JP-10的吸附问题以及进样方式的选择

3.3 实验过程

3.4 色谱条件的选择

3.5 裂解反应温度的确定

3.6 反应时间的确定

3.7 产物的定性和定量分析

3.8 JP-10裂解反应速率系数

3.9 小结

4 实验结果

4.1 裂解反应温度对比

4.2 JP-10裂解产物的定性分析

4.3 JP-10主要裂解产物的分布

4.4 JP-10裂解反应速率系数

4.5实验结果讨论

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目：