燃烧室中高温裂解反应的非谐振效应理论及实验研究

摘要

本文主要包含三方面的研究工作，第一部分是氟代甲烷(CH2FO)的单分子反应体系的理论研究，第二部分是乙二醛(C2H2O2)的单分子反应体系的理论研究，第三部分是双压裂解与超临近裂解的实验的对比研究。
　　在第一部分工作中，对氟代甲烷(CH2FO)及其同位素CD2FO的单分子反应进行了理论研究，观察其非谐振效应和同位素效应。首先运用MP2/6-311++G(3df,3pd)的基组和方法对三个通道的反应物和过渡态进行了结构优化，得到其单点能和零点能，又采用CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)基组和方法对单点能进行了更加精确的计算最终得到，三个反应通道的阈能分别为18.16Kcal/mol，30.06kcal/mol，30.76kcal/mol。然后依靠RRKM理论计算出了在正则和微正则系综中反应的谐振和非谐振速率常数。在正则系综中计算的温度范围为500K-5000K，在微正则系综中计算的能量范围为19.05-71.68 kcal/mol。最终得到的理论结果表明，在三个通道中的非谐振效应以及同位素效应都是非常的小，而得到的速率常数的数量级为109-1011 s-1，是很接近实验预测的结果。
　　在第二部分工作中，对乙二醛(C2H2O2)的单分子反应体系进行了理论研究，计算其反应速率常数并观察其非谐振效应。先是运用MP2/6-311++G(3df,3pd)的基组和方法对三个通道的反应物和过渡态进行了结构优化，得到其单点能和零点能，又采用CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)基组和方法对以上单点能进行了更加精确的计算最终得到，三个反应通道的阈能分别为53.71Kcal/mol，58.29kcal/mol，59.36kcal/mol。然后依靠RRKM理论计算出了在正则和微正则系统中反应的谐振和非谐振速率常数。在正则系综中计算的温度范围为500K-4000K，在微正则系综中计算的能量范围为58.73-74.7 kcal/mol。最终得到的理论结果表明，在三个通道中的非谐振效应都是比较小的。
　　在第三部分工作中，在实验中对碳氢燃料在超临界和双压裂解的条件下得到的热物特性进行了对比，得到在双压裂解条件下的优点。在开始的相变过程在超临界压力下进行，保证燃料的等密度相变;煤油气化完成后，通过节流降压，让煤油蒸汽在更高温度下进行裂解，裂解反应在较低压下进行，可以达到提高产气率和裂解化学热沉，降低裂解结焦的目的。然后我们又对管壁的温度进行了传热方面的研究，可以在日后的实验中具有指导作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 燃烧室内燃料燃烧技术的研究与应用介绍

1．1．1 燃机的燃料

1．1．2 液体燃料的技术关键

1．2 关于燃烧室内对氟代甲烷(OH2FO)燃烧化学反应的研究

1．3 关于C2H2O2的价值及应用

1．3．1 乙二醛在纺织、印染工业中的应用

1．3．2 乙二醛在医药方面的应用

1．3．3 乙二醛在轻工业中的应用

1．3．4 乙二醛在燃烧中的研究方向

1．4 关于碳氢燃料在国内外的研究进展

1．4．1 催化脱氢的研究

1．4．2 高温热裂解／催化裂解的研究

1．4．3 热沉的测定

1．4．4 结焦的研究

第2章 研究原理及方法介绍

2．1 RRKM理论

2．2 正则系综计算反应速率常数的方法

2．3 从热力学测定ρ(E)和W(E)的动力学参数

2．4 燃料燃烧反应机理

第3章 CH2FO的单分子反应体系的速率常数及非谐振效应

3．1 CH2FO的单分子反应体系的理论及方法

3．2 计算结果与讨论

3．2．1 反应通道1(TS1)的结果与讨论

3．2．2 反应通道2(TS2)的结果与讨论

3．2．3 反应通道3(TS3)的结果与讨论

3．3 小结

第4章 C2H2O2的单分子反应体系的速率常数及非谐振效应

4．1 C2H2O2的单分子反应体系的理论及方法

4．2 C2H2O2的单分子反应的结果与讨论

4．2．1 反应通道1(TS3)的结果与讨论

4．2．2 反应通道2(TS4)的结果与讨论

4．2．3 反应通道3(TS4)的结果与讨论

4．3 小结

第5章 碳氢燃料的燃烧实验

5．1 实验原理

5．1．1 进料系统

5．1．2 反应系统

5．1．3 产物收集系统

5．2 超临界压力燃油裂解实验

5．3 双压裂解

5．4 双压与超临界数据对比

5．5 双压裂解段压力优化实验

5．5．1．产气率和消耗电功率比较

5．5．2．热沉对比

5．5．3．传热对比

5．6 小结

结论

参考文献

致谢