本文選題：吸熱型碳氫燃料　切入點：超支化聚合物　出處：《浙江大學》2017年博士論文

【摘要】：高超聲速飛行器所帶來的熱管理問題日益凸顯,發(fā)展能扮演冷卻劑和推進劑雙重角色的吸熱型碳氫燃料成為解決這個問題的一個關(guān)鍵。在應(yīng)用過程中,吸熱型碳氫燃料面臨著提高熱沉、減少結(jié)焦和促進燃燒等實際需求。本文為滿足這些實際需求尋找新途徑,設(shè)計與合成擁有獨特超支化結(jié)構(gòu)和一定聚合度的功能性超支化聚合物。研究它們作為碳氫燃料的均相添加劑在吸熱型碳氫燃料的裂解、結(jié)焦以及燃燒等熱化學過程中所發(fā)揮的作用,期望為這類結(jié)構(gòu)獨特的聚合物在吸熱型碳氫燃料中的應(yīng)用中提供理論與實驗的依據(jù)。本文在以下方面開展主要工作:開發(fā)大分子引發(fā)劑超支化聚縮水甘油(HPG)用以促進燃料裂解、提高熱沉。通過陰離子開環(huán)聚合法合成HPG,分別用棕櫚酰氯和"巰基-烯基"點擊反應(yīng)改性得到可溶于碳氫燃料的產(chǎn)物PHPG和DSHPG,并表征了這些產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性。選擇石蠟基燃料Paraffin-1為基底燃料、PHPG為添加劑,在間歇式反應(yīng)釜中初步探索了 PHPG對碳氫燃料熱裂解的作用,轉(zhuǎn)化率和氣體收率的升高表明PHPG可有效提高燃料的裂解深度。在3.5 MPa壓力下,分別研究PHPG對模型燃料正十三烷和煤油基燃料Kerosene-1在600～720℃內(nèi)超臨界裂解的影響,兩類燃料的裂解轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和熱沉的提高進一步證實PHPG對提高碳氫燃料裂解吸熱性能有明顯效果。從理論計算和實驗論證兩方面,研究了 PHPG-碳氫燃料體系的"聚集-分散"現(xiàn)象和最高臨界共溶溫度,使用短鏈醇可有效減少PHPG在碳氫燃料中的聚集、增加含PHPG燃料的儲存穩(wěn)定性,還能進一步提升PHPG提高碳氫燃料吸熱性能的效果。開發(fā)大分子引發(fā)劑超支化聚酰胺-胺(PAMAM)用以提高燃料吸熱能力。通過Micheal加成法以及逐步升溫縮聚法合成了 PAMAM,再以棕櫚酰氯處理PAMAM得到了可溶于燃料的產(chǎn)物PPAMAM。在3.5 MPa壓力和1 g/s流量下,分別研究了 PPAMAM對煤油基模型燃料甲基環(huán)己烷和煤油基燃料Kerosene-1在600～720℃內(nèi)超臨界裂解的影響。兩類燃料熱裂解的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和熱沉的提高表明,PPAMAM在實驗溫度的范圍內(nèi)對碳氫燃料的超臨界裂解有明顯的促進效果�；诮Y(jié)焦的機理開發(fā)含硫的大分子結(jié)焦抑制劑。通過可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合法制備可溶于碳氫燃料的含硫超支化共聚物SHPGMA。研究了SHPGMA對正十三烷裂解和結(jié)焦的影響,在SHPGMA的作用下,正十三烷裂解的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣率和焦含量均有所下降,燃料裂解過程中形成的棒狀和絲狀焦炭顯著減少,說明SHPGMA有較好的抑制催化結(jié)焦效果。為進一步驗證SHPGMA的結(jié)焦抑制效果,將PHPG與SHPGMA配伍,添加至高密度碳氫燃料Kerosene-2中。相同裂解時間內(nèi)的裂解溫度和壓差變化、氣體液體產(chǎn)物和熱沉變化表明,PHPG對Kerosene-2在出口油溫600～750℃內(nèi)同樣有明顯的引發(fā)作用,但高溫下壓差變化波動大,裂解安定性較差。在SHPGMA的配合下,含PHPG燃料的裂解過程的壓差變化明顯變平穩(wěn),裂解安定性得到有效提高。在定容燃燒彈中通過紋影高速攝像機技術(shù)測定了碳氫燃料預(yù)混層流燃燒性能的相關(guān)參數(shù),如火焰的馬克斯坦長度、火焰拉伸率和層流燃燒速率。研究了PHPG、PPAMAM和DSHPG三類大分子引發(fā)劑在貧氧條件下對Kerosene-1和JP-10燃燒速率的影響。結(jié)果表明,超支化聚合物對碳氫燃料的點火初期燃燒速率有影響,影響的效果與燃料的揮發(fā)性和大分子引發(fā)劑的添加量有關(guān):當添加量在1.0 wt%時,PHPG、DSHPG和PPAMAM對煤油基碳氫燃料Kerosene-1和JP-10的點火初期燃燒速率提升都有顯著效果。大分子引發(fā)劑添加量偏多或偏少都可觀察到燃燒速率受到抑制的現(xiàn)象。
[Abstract]:In this paper , the effect of PHPG on pyrolysis , coking and combustion of hydrocarbon fuel has been studied . The results show that PHPG is used as base fuel and PHPG as additive . The effect of hyperbranched polymer on the initial firing rate of hydrocarbon fuel is related to the volatility of fuel and the amount of initiator added . When the addition amount is 1.0 wt % , PHPG , DSHPG and PPAAs have remarkable effect on the initial firing rate of kerosene - based hydrocarbon fuel Keroxide - 1 and JP - 10 .

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V312.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 劉廣田;王建青;;端羥基超支化聚合物與乙酸酐功能化反應(yīng)研究[J];燕山大學學報;2007年04期

2 施文磊;張春棋;高慧君;井豐喜;許坤;許向陽;張道洪;;絕緣材料用無溶劑超支化聚合物的制備[J];絕緣材料;2009年04期

3 趙永紅;張梅;朱寶庫;徐又一;;兩親性超支化聚合物對PVDF膜的共混改性[J];膜科學與技術(shù);2008年04期

4 ;[J];;年期

相關(guān)會議論文 前10條

1 韓明全;韓克清;余木火;;新型芳香族超支化聚合物的合成與表征[A];2005年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

2 劉曉輝;;超支化聚合物的合成與表征[A];2009年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2009年

3 朱新遠;顏德岳;;陽離子型超支化聚合物的可控制備及應(yīng)用[A];2009年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

4 萬文明;潘才元;;超支化聚合物的增長以及拓撲結(jié)構(gòu)控制[A];2009年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2009年

5 許培俊;井新利;;一種耐高溫超支化聚合物及其應(yīng)用[A];2009年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

6 周永豐;顏德岳;;超支化聚合物的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系研究[A];中國化學會第27屆學術(shù)年會第16分會場摘要集[C];2010年

7 龔偉;王波;祁寧;麥亦勇;劉黎明;;超支化聚合物微結(jié)構(gòu)的正電子研究[A];第九屆全國正電子譜學會議論文集[C];2005年

8 李思均;牟建新;陳杰;劉新華;姜振華;;不同鏈段結(jié)構(gòu)對超支化聚合物性能的影響[A];2005年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

9 李振;;新型超支化聚合物的簡易合成及其二階非線性光學性能研究[A];2007年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2007年

10 潘才元;孫淼;楊文;;含氮超支化聚合物和納米粒子的合成及表征[A];2011年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 白利斌;氧化還原/RAFT乙烯基自縮合法制備水溶性超支化聚合物[D];河北大學;2012年

2 靳海寶;超支化聚合物囊泡的多級自組裝及其在模擬細胞聚集中的應(yīng)用研究[D];上海交通大學;2014年

3 陳恒;超支化高分子拓撲結(jié)構(gòu)分析與分子內(nèi)環(huán)化控制研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

4 何桂金;功能性超支化聚合物的合成及其對碳氫燃料熱化學過程的調(diào)控[D];浙江大學;2017年

5 湯多峰;基于芴基超支化聚合物的設(shè)計、制備與性能[D];復(fù)旦大學;2008年

6 強濤濤;超支化聚合物的制備及其對超細纖維合成革衛(wèi)生性能的影響[D];陜西科技大學;2010年

7 楊文;熒光超支化聚合物的合成與應(yīng)用[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

8 董文勇;基于超支化聚合物構(gòu)建微/納米結(jié)構(gòu)[D];上海交通大學;2011年

9 高超;超支化聚合物的分子設(shè)計、合成、表征及功能化研究[D];上海交通大學;2001年

10 劉進軍;含酮和芴單元超支化聚合物的合成及其性能研究[D];河北大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 張婷;端磺酸基超支化聚合物的制備、表征及應(yīng)用[D];陜西科技大學;2015年

2 周智密;超支化聚合物的合成及減水性能研究[D];長安大學;2015年

3 黃興強;含PEG鏈段超支化聚合物的合成、修飾及其與納米材料的復(fù)合組裝[D];蘇州大學;2015年

4 項佳運;基于四苯基乙烯與咪唑熒光小分子和基于氫化噻咯的超支化聚合物的合成、表征與應(yīng)用[D];杭州師范大學;2015年

5 張亮;基于超支化聚合物的高強仿貝殼復(fù)合材料[D];合肥工業(yè)大學;2015年

6 楊飛;線性聚乙烯基—超支化聚合物的合成、表征及性能研究[D];寧波大學;2015年

7 汪雷;以邁克爾加成法制備氨基酸基超支化聚合物及其表征[D];合肥工業(yè)大學;2015年

8 w婀蠛，

本文編號：1711183