基于差分导数的超临界燃料裂解反应模拟研究

摘要

准确捕捉燃料反应热与动力学特征对先进发动机热管理技术的发展至关重要。现有超临界裂解反应流建模方法通常需要对特定的实际气体状态方程进行复杂解析，且缺乏可扩展性。本文建立一种基于差分导数的超临界反应流模拟方法，实现了多种立方型实际气体状态方程的通用化耦合求解。进一步以正癸烷为代表性燃料，对比研究了理想气体状态方程和4种实际气体状态方程对高压裂解过程的热物性和反应行为的预测差异。研究结果表明，理想气体模型在高压条件下对密度和黏度的预测误差较大，尤其低温区域更为显著；密度和黏度的低估进一步导致反应速率计算的偏差。PRVT和RKPR方程分别引入体积转化和Z_c拟合参数，显著提高了密度、黏度和温度的预测精度。在出口温度的预测中，4种立方型状态方程与实验数据的相对误差均不超过0.3%，而理想气体模型的误差为2.18%；在实际气体模型对裂解转化率的预测中，PR模型与实验数据的相对误差最大，为10.96%;SRK模型的相对误差最小，为6.66%；而理想气体模型的相对误差则高达20.41%。本文为超临界反应流模拟提供了新方法，并可为状态方程的合理选取提供参考。

关键词

碳氢燃料 / 裂解反应 / 超临界 / 反应热力学 / 建模方法