燃料温度对正癸烷裂解气扩散火焰推举影响研究

摘要

喷气燃料高温裂解产物的燃烧特性直接关系到超燃冲压发动机的燃烧效率与运行安全性，而火焰推举现象作为扩散燃烧中的关键特征，对燃烧稳定性及污染物排放具有重要影响。正癸烷是喷气燃料的典型替代组分之一，本文利用耦联电加热流动管反应器与热伴流射流扩散燃烧器，对正癸烷在温度500～850℃的热裂解产物喷注燃烧特性进行了实验与理论分析研究。通过模拟计算了单组分乙烯与双组分正癸烷/乙烯的非反应混合过程。计算结果表明，在非反应的热空气与裂解气混合过程中，燃料温度上升带来的显焓提升对局部当量比的影响，远弱于其引发的裂解反应程度加剧对局部当量比的影响，后者是导致其局部当量比分布变化的主导因素。射流扩散火焰观测结果表明，随着燃料温度的升高，火焰的推举高度单调递减，对应滞燃时间均逐渐缩短。基于正癸烷及乙烯的燃烧反应机理计算的零维点火延迟时间，远大于实验中燃料接触空气后的滞燃时间，因此用稳定物种替代热裂解态燃料组成可能严重低估其反应活性。本研究为阐明高温燃料裂解-燃烧耦合过程的内在规律提供了实验支撑，也为发动机燃烧室的优化设计提供了理论依据。

关键词

裂解气 / 正癸烷 / 热伴流火焰 / 火焰推举 / 主动冷却

基金资助

国家自然科学基金(T2441001)