【摘要】：航空發(fā)動機(jī)作為民用及軍用飛機(jī)“心臟”的動力裝置,決定著我國航空事業(yè)的發(fā)展。然而航空發(fā)動機(jī)燃燒室易結(jié)焦積碳而影響發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命。如何在不改變?nèi)剂先紵阅軛l件下,低成本有效抑制或消除積碳,成為航空發(fā)動機(jī)技術(shù)瓶頸之一。目前已有理論和實驗證實靜電場會對流體流動及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響,因此,探索靜電場對碳?xì)淙剂涎趸Y(jié)焦的影響,發(fā)展靜電場抑制結(jié)焦技術(shù),有望為抑制碳?xì)淙剂涎趸Y(jié)焦提供新方法。本文針對氣態(tài)碳?xì)淙剂显趶?qiáng)電場作用下因受電場力作用而影響其流動與化學(xué)反應(yīng)這一現(xiàn)象,以正戊烷氧化結(jié)焦為研究對象,通過數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方式,探究靜電場對正戊烷氧化結(jié)焦的影響,并分析靜電場對正戊烷流動及化學(xué)反應(yīng)的作用機(jī)制,主要研究工作如下:首先,對正戊烷詳細(xì)低溫氧化結(jié)焦動力學(xué)模型進(jìn)行對比分析,確定本文的化學(xué)反應(yīng)模型。基于此模型,對正戊烷消耗的生成速率分析,得到正戊烷的氧化反應(yīng)路徑,確定正戊烷消耗的三條反應(yīng)通道。通過對苯生成的生成速率及敏感性分析,確定動力學(xué)模型中的焦體代表組分,為研究靜電場作用下正戊烷氧化結(jié)焦特性提供模型基礎(chǔ)。其次,建立了描述碳?xì)淙剂狭鲃优c化學(xué)反應(yīng)耦合的數(shù)學(xué)模型,其中NavierStokes方程、泊松方程及電流連續(xù)方程描述碳?xì)淙剂系牧鲃犹匦?包含826種、4618步反應(yīng)的正戊烷低溫氧化結(jié)焦詳細(xì)動力學(xué)模型描述燃料化學(xué)反應(yīng)過程。并從正戊烷氧化結(jié)焦的計算方法及靜電場的添加方式兩方面對模擬方法進(jìn)行驗證,證明此數(shù)學(xué)模型具有良好的模擬精度。再次,利用靜電場作用下的正戊烷氧化結(jié)焦模型對比研究了有/無化學(xué)反應(yīng)情況下,電場強(qiáng)度、質(zhì)量流量、溫度及電場作用區(qū)域長度對正戊烷氧化結(jié)焦/純流動的影響,分析了正戊烷在電場中的氧化結(jié)焦特性。結(jié)果表明,電場越強(qiáng),對流體擾動越劇烈,甲醛(結(jié)焦前驅(qū)體主要代表組分)生成/消耗過程所放出/吸收的熱量越少,甲醛生成/消耗量越少;質(zhì)量流量越小,流線變形越大,反應(yīng)越充分;溫度越低,流動狀態(tài)受電場影響越大,甲醛生成/消耗反應(yīng)越不充分;電場作用區(qū)域越短,流場受電場影響越小,反應(yīng)越充分,甲醛的消耗量越多。最后,設(shè)計了靜電場作用下正戊烷氧化結(jié)焦實驗系統(tǒng),對正戊烷氧化結(jié)焦特性進(jìn)行實驗探究。得到不同電場強(qiáng)度時,正戊烷氧化結(jié)焦產(chǎn)物的分布情況,分析電場強(qiáng)度對正戊烷氧化結(jié)焦的影響規(guī)律,為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-2 靜電催化下的狄爾斯-阿爾德反應(yīng)[30]了可以降低化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度、提高反物質(zhì)的選擇性[31]比如，Gorin 等人[32]發(fā)現(xiàn)在環(huán)氧乙烷在氧化鋁作為催化劑時，醛和酮產(chǎn)電場時候的選擇性為 1:4，加入電場后的選

圖 1-2 靜電催化下的狄爾斯-阿爾德反應(yīng)[30]外加電場除了可以降低化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度、提高反應(yīng)速率外，也學(xué)反應(yīng)過程物質(zhì)的選擇性[31]比如，Gorin 等人[32]發(fā)現(xiàn)在外加電場條-2,3-二苯基環(huán)氧乙烷在氧化鋁作為催化劑時，醛和酮產(chǎn)物的選擇性會變化，不加電場時候的選擇性為 1:4，加入電場后的選擇性變?yōu)?173 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V231.2

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本文編號：2627967