乙炔在高密度液体燃料中的溶解性研究

摘要

液体碳氢高密度燃料，作为目前航空航天工业发展的基石，是为各种航天发动机提供动力保障的关键，在推进剂领域占据着十分重要的地位，而随着航空工业的日益发展，航空航天飞行器的性能（包括航程、航速和有效载荷等）越来越重要，而高密度燃料的性能恰巧是保障飞行器性能的关键因素，因此时代对于高密度燃料的性能提出了更高的要求。过去，采用化学方法人工合成确实成功制备出一系列性能优良的燃料，在密度和体积热值上实现了提升，但是伴随而来的，是随着密度的增加，燃料的冰点和粘度急剧增加，在应用当中已经出现了困境，因此采用化学方法进一步提升燃料的密度和体积热值已经十分困难，需要继续寻找其它的方法提升燃料的性能。 本论文将借鉴将含能颗粒（金属纳米颗粒）添加到高密度燃料中的思路，尝试将可燃性气体乙炔作为油溶性储能添加剂，对乙炔添加到高密度燃料中进行可行性测定，即对乙炔在高密度燃料中的溶解性进行测定，并通过物理吸附，化学束缚等方法，提升乙炔的溶解效果，对其在提升燃料性能方面，进行理论计算。 首先，研究了乙炔在纯燃料（JP-10和QC）当中的溶解效果，发现乙炔溶解的量十分有限，在298.15K、100kPa的乙炔气相压力下，在JP-10和QC当中，乙炔的摩尔分数可以仅为0.60%和0.75%；之后利用三乙胺与乙炔之间的相互作用，将三乙胺引入高密度燃料当中，实现了乙炔溶解性的初步提升，在同温同压下，含有5%质量分数三乙胺的JP-10和QC可以溶解乙炔1.04%、2.04%摩尔分数；最后利用笼状分子之中的空穴结构，对乙炔进行包覆，进一步提升乙炔溶解性，在含有5%质量分数笼状分子的JP-10和QC，实现了乙炔溶解性的激增，分别达到了2.64%和6.26%。相较于JP-10和QC提升4.5倍和8.6倍。 基于以上的乙炔溶解数值，对298.15K、100kPa乙炔压力的条件下，高密度燃料的理论热值进行计算，发现由于三乙胺在密度上的劣势，使得在热值测定方面，虽然质量热值上差别不大，但是体积热值却随着三乙胺量的增加，出现了一定程度的回落。而笼状分子作为固体添加剂，导致JPSx和QCSx在质量热值和体积热值上都出现了大幅度的提升，尤其在体积热值上，JPS5和QCS5，分别可以实现体积热值提升0.74MJ/L和1.51MJ/L，提升程度达到2%和3.5%。这为可燃性气体作为油溶性储能添加剂提供了理论可能。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 航空推进剂的产生与发展

1.1.1 蒸汽“燃料”

1.1.2 柴油航空燃料

1.1.3 喷气燃料

1.1.4 高密度碳氢燃料

1.2 高密度液体碳氢燃料的合成进展

1.2.1 高密度液体碳氢燃料概述

1.2.2 高密度液体碳氢燃料的种类

1.2.3 高密度燃料合成中所面对的问题

1.3 高密度燃料添加剂

1.3.1 燃料添加剂概述

1.3.2 高密度燃料添加剂

1.4 含能燃料添加剂的研究进展

1.4.1 概述

1.4.2 含能添加剂的种类

1.4.3 含能添加剂面临的问题

1.5 主要研究内容

第2章 笼状添加剂的合成及应用

2.1 概述

2.2.1 实验药品及气体

2.2.2 实验仪器

2.3 笼状含能材料的合成

2.3.1 实验操作

2.3.2 分析表征方法

2.4 笼状含能材料的应用探索

2.5 小结

第3章 物理吸附法探索乙炔在高密度燃料中的应用

3.1 概述

3.2 实验试剂与仪器

3.2.1 实验药品及气体

3.2.2 实验仪器

3.3 乙炔在高密度燃料中的溶解性

3.3.1 实验装置及操作

3.3.2 气相组成分析

3.3.3 液相组成分析

3.3.4 气液平衡分析

3.3.5 燃烧热值分析

3.4 物理吸附对乙炔在高密度燃料中溶解性的影响

3.4.1 小分子有机胺的选取

3.4.2 校正因子的确定

3.4.3 气液平衡分析

3.4.4 燃烧热值分析

3.4.5 亨利常数计算

3.5 小结

第4章 化学吸附法探索乙炔在高密度燃料中的应用

4.1 概述

4.2 化学吸附法探索乙炔在高密度燃料中的应用

4.2.1 校正因子的确定

4.2.2 气液平衡分析

4.2.3 燃烧热值分析

4.2.4 亨利常数计算

4.3 小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录A

发表论文和参加科研情况说明

致谢