CN111534338B - 一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，涉及航空燃料领域。通过原子载体添加剂，降低基底燃料燃烧能垒，实现碳氢燃料低温自点火；所述原子载体添加剂是硼烷二甲硫醚络合物；所述基底燃料是辛烯、己烯或烯烃与RP‑3煤油的混合燃料。本发明具有实时调控点火、自点火温度低、安全性强等优点，能够实现对所述液态碳氢燃料的低温自燃燃烧特性的高效调控，操作简单，实用性强。

Description

一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法
技术领域
本发明涉及航空燃料领域，尤其涉及一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法。
背景技术
航空发动机在空中会因压气机喘振等意外情况发生熄火，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(0.3个大气压)。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。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原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法。
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实现对液态碳氢燃料的低温自燃燃烧特性的高效调控。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，通过原子载体添加剂，降低基底燃料燃烧能垒，实现碳氢燃料低温自点火；所述原子载体添加剂是硼烷二甲硫醚络合物；所述基底燃料是辛烯、己烯或烯烃与RP-3煤油的混合燃料。
进一步地，所述基体燃料与所述原子载体添加剂的体积比为9:0.5～1.2。
进一步地，所述基底燃料为辛烯与RP-3煤油的混合燃料时，其体积比为1:0.9。
进一步地，其特征在于，所述基底燃料为己烯与RP-3煤油的混合燃料时，其体积比为1:0.9。
进一步地，先向燃烧瓶中加入辛烯0.9ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml，两者的混合燃料可在-15℃下发生自点火。
进一步地，先向燃烧瓶中加入己烯0.9ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml，两者的混合燃料可在-15℃下发生自点火。
进一步地，先向燃烧瓶中加入辛烯0.9ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.09ml，两者的混合燃料可在25℃下发生自点火。
进一步地，先向燃烧瓶中加入己烯0.9ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.09ml，两者混合燃料可在25℃下发生自点火。
进一步地，先向燃烧瓶中加入RP-3煤油1ml，再加入辛烯0.9ml，最后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml，三者混合燃料可在25℃下发生自点火。
进一步地，先向燃烧瓶中加入RP-3煤油1ml，再加入己烯0.9ml，最后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml，三者混合燃料可在25℃下发生自点火。
硼烷二甲硫醚络合物中BH3与所述基底燃料中C＝C双键实现硼氢化反应生成活性较高的三烷基硼并释放出115.8kcal/mol(1mol硼烷二甲硫醚完全反应)的热量实现碳氢燃料低温自点火。硼烷二甲硫醚络合物能基于诱导效应活化RP-3煤油中直链烷烃促进其低温自点火。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、能够高效、实时的实现液态碳氢燃料的低温自点火；
2、选用的添加剂混合前本身安定性好，获得自点火燃料的操作简单、安全。
以下将对本发明的构思、具体方法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。
具体实施方式
以下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。
一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，通过原子载体添加剂，降低基底燃料燃烧能垒，实现碳氢燃料低温自点火；所述原子载体添加剂是硼烷二甲硫醚络合物；所述基底燃料是辛烯、己烯或烯烃与RP-3煤油的混合燃料。原子载体实现液体碳氢燃料自点火是通过选择含硼的络合物作为原子载体的原子来源。自点火碳氢燃料由作为基底燃料的液态碳氢燃料和作为原子载体添加剂的硼烷-二甲硫醚络合物混合液组成，其中：当混合比例按摩尔比3:1(体积比9:1.2)时，所得碳氢燃料的点火温度从565℃下降至-15℃。本发明具有实时调控点火、自点火温度低、安全性强等优点，能够实现对液态碳氢燃料的低温自燃燃烧特性的高效调控，操作简单，实用性强。
实施例一
选取辛烯作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入辛烯0.9ml；步骤二、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.06ml。基体燃料与原子载体添加剂的体积比为9:0.6。
本实施例实现辛烯和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在50℃下能够发生自点火，对应的点火温度是50℃。
实施例二
选取辛烯作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入辛烯0.9ml；步骤二、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.09ml。基体燃料与原子载体添加剂的体积比为9:0.9。
本实施例实现辛烯和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在25℃(常温)下能够发生自点火，对应的点火温度是25℃。
实施例三
选取辛烯作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入辛烯0.9ml；步骤二、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml。基体燃料与原子载体添加剂的体积比为9:1.2。
本实施例实现辛烯和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在-15℃下能够发生自点火，对应的点火温度是-15℃。
实施例四
取己烯作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入己烯0.9ml；步骤二、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.09ml。基体燃料与原子载体添加剂的体积比为9:0.9。
本实施例实现己烯和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在25℃(常温)下能够发生自点火，对应的点火温度是25℃。
实施例五
选取己烯作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入己烯0.9ml；步骤二、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml。基体燃料与原子载体添加剂的体积比为9:1.2。
本实施例实现己烯和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在-15℃下能够发生自点火，对应的点火温度是-15℃。
实施例六
本实施例选取辛烯和RP-3煤油作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入RP-3煤油1ml；步骤二、在燃烧瓶中加入辛烯0.9ml；步骤三、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml。基底燃料中辛烯与RP-3混合燃料的体积比均为1:0.9，基体燃料与原子载体添加剂的体积比为19:1.2。
本实施例实现辛烯、RP-3煤油和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在25℃下能够发生自点火，对应的点火温度是25℃。
实施例七
本实施例选取己烯和RP-3煤油作为基底燃料，按如下步骤配置碳氢燃料：步骤一、向燃烧瓶中加入RP-3煤油1ml；步骤二、向燃烧瓶中加入己烯0.9ml；步骤三、向燃烧瓶中加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml。基底燃料中己烯与RP-3混合燃料的体积比均为1:0.9，基体燃料与原子载体添加剂的体积比为19:1.2。
本实施例实现己烯、RP-3煤油和硼烷二甲硫醚络合物的自点火碳氢燃料，在25℃下能够发生自点火，对应的点火温度是25℃。
本发明是利用硼烷二甲硫醚构建原子载体基于硼氢化反应降低碳氢燃料燃烧过程中反应能垒从而促进其低温自点火。硼烷二甲硫醚构建B原子载体降低碳氢燃料反应能垒技术细节具体为：1)硼烷二甲硫醚络合物中BH3与基底燃料中C＝C双键实现硼氢化反应生成活性较高的三烷基硼同时释放出115.8kcal/mol(1mol硼烷二甲硫醚完全反应)的热量实现碳氢燃料低温自点火。2)在RP-3煤油中，硼烷二甲硫醚能基于诱导效应活化直链烷烃促进其低温自点火。
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 (9)

1.一种基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，通过原子载体添加剂，降低基底燃料燃烧能垒，实现碳氢燃料低温自点火；所述原子载体添加剂是硼烷二甲硫醚络合物；所述基底燃料是辛烯、己烯或辛烯、己烯与RP-3煤油的混合燃料；所述基底燃料与所述载体添加剂的体积比为9:0.5~1.2。
2.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，所述基底燃料为辛烯与RP-3煤油的混合燃料时，其体积比为1:0.9。
3.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，所述基底燃料为己烯与RP-3煤油的混合燃料时，其体积比为1:0.9。
4.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入辛烯0.9 ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12 ml，两者的混合燃料可在-15℃下发生自点火。
5.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入己烯0.9 ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12 ml，两者的混合燃料可在-15℃下发生自点火。
6.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入辛烯0.9 ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.09 ml，两者的混合燃料可在25℃下发生自点火。
7.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入己烯0.9 ml，后加入硼烷二甲硫醚络合物0.09 ml，两者混合燃料可在25℃下发生自点火。
8.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入RP-3煤油1 ml，再加入辛烯0.9 ml，最后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12 ml，三者混合燃料可在25℃下发生自点火。
9.如权利要求1所述的基于原子载体的液态碳氢燃料低温自点火调节方法，其特征在于，先向燃烧瓶中加入RP-3煤油1 ml，再加入己烯0.9 ml，最后加入硼烷二甲硫醚络合物0.12ml，三者混合燃料可在25℃下发生自点火。
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