CN111004656A - 一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，涉及航空燃料，方法包括以下步骤：步骤1、向制备装置中加入液体碳氢燃料；步骤2、向所述制备装置中加入动态诱导活化剂；步骤3、将所述制备装置中的液体混合均匀。本发明具有能够通过较小的体积分数实现对液态碳氢燃料的低温燃烧特性的高效、均相的实现液态碳氢燃料的低温燃烧，获得活化燃料的操作简单、安全，实用性强，具有物理形态稳定、无分层、自燃温度低、常温环境下与空气接触具有良好的安定性等优点。

Description

一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法
技术领域
本发明涉及航空燃料领域，尤其涉及一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法。
背景技术
对于先进航空发动机而言，不仅要求在高压、高速和高湍流度的工作条件下实现主燃烧室内的油气混合和点火，同时还要求在高原(起动温度＜0℃)、极寒(冷天启动温度＜-40℃)、高湿(湿度＞60％)等极端条件下实现发动机的可靠点火起动，对航空发动机主燃烧室的设计提出了更大的挑战。
航空发动机在空中因压气机喘振等意外情况会发生熄火，先进航空发动机对空中点火能力提出了更高的要求。与地面点火相比，空中点火时发动机入口的空气温度低(进口温度＜-40℃)、压力低、空气稀薄、氧气浓度低。在这种恶劣工况条件下，如何实现主燃烧室的可靠点火和火焰的稳定传播是先进航空发动机主燃烧室设计和使用中所面临的主要技术难点，制约着先进航空发动机的发展。
先进航空发动机液态碳氢燃料在低温的恶劣工况条件下，导致燃料最小点火能急剧增加，燃料燃烧特性的恶化使得点火性能变差。针对先进航空发动机所面临着的恶劣工况下的点火问题，从国内外相关研究报道可以看出，关键参数对航空发动机的点火性能的影响是研究的热点问题。学者多集中于燃烧室的气动结构、射流空气和点火位置等宏观设计参数对燃烧室点火特性的研究。提高燃烧环境温度以及增加外部能量促进点火及燃烧的传统手段虽然在一定程度上有效，但未能彻底解决该问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是改善先进航空发动机液态碳氢燃料在低温的恶劣工况条件下，燃料燃烧特性恶化的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，包括以下步骤：步骤1、向制备装置中加入液体碳氢燃料；步骤2、向所述制备装置中加入动态诱导活化剂；步骤3、将所述制备装置中的液体混合均匀。
进一步地，步骤1所述液体碳氢燃料为正十六烷、正十二烷、正十四烷或RP-3煤油中的一种。
进一步地，步骤1所述液体碳氢燃料的体积分数为97％～99％。
进一步地，步骤2所述动态诱导活化剂为高能极性添加剂。
进一步地，所述高能极性添加剂为含B-H键的高能极性添加剂。
进一步地，所述含B-H键的高能极性添加剂为硼烷络合物。
进一步地，所述硼烷络合物为硼烷-N,N-二乙基苯胺络合物。
进一步地，步骤3所述混合为物理混合。
进一步地，步骤3所述混合在惰性气体环境中进行。
进一步地，步骤1所述制备装置为燃料罐。
本发明利用动态诱导活化剂与饱和直链烷烃构筑动态诱导效应，如硼烷-N,N-二乙基苯胺络合物中B-N与基底燃料末端C-H键形成四元环从而起到高效活化碳氢燃料低温燃烧性能。具有如下技术效果：
1)能够通过较小的体积分数实现对液态碳氢燃料的低温燃烧特性的高效调控，均相的实现液态碳氢燃料的低温燃烧；
2)选用的活化剂本身安定性好，获得活化燃料的操作简单、安全，实用性强；
3)具有物理形态稳定、无分层、自燃温度低、常温环境下与空气接触具有良好的安定性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的着火温度曲线图；
图2是本发明的一个较佳实施例的在热板表面着火、燃烧示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
步骤一、向燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为99％；
步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为1％；
步骤三、通过物理方式在惰性气体环境中使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是235℃。
实施例2
步骤一、向燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为98％；
步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为2％；
步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是205℃。
实施例3
步骤一、向燃料罐中加入正十二烷，体积百分含量为97％；
步骤二、向上述添加了正十二烷的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为3％；
步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是155℃。
实施例4
步骤一、向燃料罐中加入正十四烷，体积百分含量为97％；
步骤二、向上述添加了正十四烷的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为3％；
步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是170℃。
实施例5
步骤一、向燃料罐中加入RP-3煤油，体积百分含量为97％；
步骤二、向上述添加了RP-3煤油的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为3％；
步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是155℃。
实施例6
步骤一、向燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％；
步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入硼烷-N,N-二乙基苯胺，体积百分含量为3％；
步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合。
采用热板实验装置测量以上混合液体在热板上的燃烧特性来说明含有活性活化剂改性燃料的燃烧特性调控效果，其最低点火温度是185℃。
如图1所示，含3％硼烷-N,N-二乙基苯胺/正十六烷改性燃料与纯十六烷相比，最小着火壁面温度从605℃下降至185℃，低温燃烧性能得到了有效的提升。与添加3％高活性添加剂三乙基硼相比，添加相同体积浓度的高活性添加剂未通过诱导效应活化的正十六烷的低温燃烧性能未能得到明显的提升。
如图2所示，为采用高速相机记录燃料滴在热板上的液滴滴落，液滴接触、着火、燃烧过程。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、向制备装置中加入液体碳氢燃料；
步骤2、向所述制备装置中加入动态诱导活化剂；
步骤3、将所述制备装置中的液体混合均匀。
2.如权利要求1所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤1所述液体碳氢燃料为正十六烷、正十二烷、正十四烷或RP-3煤油中的一种。
3.如权利要求2所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤1所述液体碳氢燃料的体积分数为97％～99％。
4.如权利要求3所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤2所述动态诱导活化剂为高能极性添加剂。
5.如权利要求4所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，所述高能极性添加剂为含B-H键的高能极性添加剂。
6.如权利要求5所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，所述含B-H键的高能极性添加剂为硼烷络合物。
7.如权利要求6所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，所述硼烷络合物为硼烷-N,N-二乙基苯胺络合物。
8.如权利要求1所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤3所述混合为物理混合。
9.如权利要求1所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤3所述混合在惰性气体环境中进行。
10.如权利要求1所述的基于动态诱导效应活化液态碳氢燃料在低温燃烧的方法，其特征在于，步骤1所述制备装置为燃料罐。
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