CN112940805A - 环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法 - Google Patents

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Abstract

一种环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法，通过活化添加剂和正十四烷的加入调节乙基环己烷的点火温度，以及通过对二甲苯的添加调节正十四烷与乙基环己烷混合燃料的的蒸发特性，得到具有物理形态稳定，无分层，高热值，燃料常温环境下与空气接触具有良好的安定性等优点的新型燃料，通过对环烷烃碳氢燃料物理和化学性质调控实现对环烷烃液态碳氢燃料低温点火特性的高效可控调节，操作简单，实用性强。

Description

环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法
技术领域
本发明涉及的是一种超燃冲压发动机领域的技术，具体是一种环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法。
背景技术
环己烷及其烷基取代衍生物是石油产品中常见的环烷烃，具有很高的发热量，凝固点低。对于冲压发动机来说，环烷烃可以提高燃料燃烧的热值增大飞行器飞行航程。在研制碳氢燃料超燃冲压发动机的过程中，碳氢燃料在超声速流场中的可靠点火和稳定燃烧变得异常困难。从调节碳氢燃料低温点火性能的角度出发，提升碳氢燃料低温化学反应性能和蒸发性能，不仅可以实现碳氢燃料超燃冲压发动机低马赫数可靠点火和稳定燃烧的，同时还可以避免复杂的点火系统和燃烧室结构。但对于环烷烃来说，其化学性质较稳定较难实现点火特性的调节。
发明内容
本发明针对现有技术高热值环烷烃低温点火调控困难的问题，提出一种环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法，通过活化添加剂和正十四烷的加入调节乙基环己烷的点火温度，以及通过对二甲苯的添加调节正十四烷与乙基环己烷混合燃料的的蒸发特性，得到具有物理形态稳定，无分层，高热值，燃料常温环境下与空气接触具有良好的安定性等优点的新型燃料，通过对环烷烃碳氢燃料物理和化学性质调控实现对环烷烃液态碳氢燃料低温点火特性的高效可控调节，操作简单，实用性强。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明以乙基环己烷为基体碳氢燃料，以正十四烷和对二甲苯为复配碳氢燃料，以硼烷二甲硫醚络合物为活化添加剂，将基体碳氢燃料、复配碳氢燃料和活化添加剂均匀混合，从而显著降低环烷烃碳氢燃料点火温度并提升其蒸发特性。
所述的乙基环己烷的用量，与复配碳氢燃料的体积比为16:84～56:44；
所述的正十四烷和对二甲苯的体积比为10:6～50:6；
所述的硼烷二甲硫醚络合物的分子式为BH3·S(CH3)2，通过将硼烷气体通入提供电子的二甲硫醚溶剂中经络合反应后形成稳定的硼烷二甲硫醚络合物。
所述的硼烷二甲硫醚络合物的用量，与基体碳氢燃料和复配碳氢燃料的体积比为3:97。
技术效果
本发明整体解决了现有技术中高热值环烷烃低温点火调控困难的缺陷；与现有技术相比，本发明通过自由基活化多组分碳氢燃料，利用在硼烷-二甲硫醚活化剂存在的条件下通过多组分碳氢燃料协同促进高热值环烷烃碳氢燃料低温点火和蒸发特性。
附图说明
图1为3％硼烷二甲硫醚络合物的正十四烷/乙基环己烷和正十四烷/乙基环己烷含的复合多组分燃料液滴在热板上着火温度图；
图2为3％硼烷二甲硫醚络合物/(正十四烷/乙基环己烷)、3％硼烷二甲硫醚络合物/(正十四烷/对二甲苯)和3％硼烷二甲硫醚络合物/(正十四烷/乙基环己烷/对二甲苯)的热重实验结果图。
具体实施方式
实施例1
本实施例按如下比例配置改性多组分液体碳氢燃料:
步骤一、向烧杯中加入乙基环己烷，体积百分含量为84％；
步骤二、向烧杯中加入正十四烷，体积百分含量为10％；
步骤二、向烧杯中加入对二甲苯，体积百分含量为6％；
步骤三、向通入氮气保护的燃料罐中加入制备好的正十四烷和乙基环己烷混合燃料，体积百分含量为97％；
步骤四、向上述添加了正十四烷和乙基环己烷的燃料罐中加入硼烷-二甲硫醚络合物，体积百分含量为3％；
步骤五、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
本实施例采用热板实验装置测量乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯和含3％硼烷-二甲硫醚/(乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯)改性环烷烃燃料在热板上的点火特性来说明含有活性添加剂和正十四烷对乙基环己烷起到点火特性调控的效果。其中，含有添加剂，其1％，2％)也能有效的调节乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯的点火和燃烧特性，这里只列举含有3％的正十四烷/乙基环己烷点火情况。此外，添加1％-5％的对二甲苯对于改性环烷烃燃料的点火温度影响较小，这里只列举添加6％的对二甲苯的点火情况。
如图1所示，本实施例的技术效果具体为:与乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯相比，最小着火壁面温度从595℃下降至215℃，复合碳氢燃料低温点火性能得到了有效的提升。
实施例2
本实施例按如下比例配置改性多组分液体碳氢燃料:
步骤一、向烧杯中加入乙基环己烷，体积百分含量为64％；
步骤二、向烧杯中加入正十四烷，体积百分含量为30％；
步骤二、向烧杯中加入对二甲苯，体积百分含量为6％；
步骤三、向通入氮气保护的燃料罐中加入制备好的正十四烷和乙基环己烷混合燃料，体积百分含量为97％；
步骤四、向上述添加了正十四烷和乙基环己烷的燃料罐中加入硼烷-二甲硫醚络合物，体积百分含量为3％；
步骤五、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
本实施例采用热板实验装置测量乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯和含3％硼烷-二甲硫醚/(乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯)改性环烷烃燃料在热板上的点火特性来说明含有活性添加剂和正十四烷对乙基环己烷起到点火特性调控的效果。其中，含有添加剂，其1％，2％)也能有效的调节乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯的点火和燃烧特性，这里只列举含有3％的正十四烷/乙基环己烷点火情况。
实施例3
本实施例按如下比例配置改性多组分液体碳氢燃料:
步骤一、向烧杯中加入乙基环己烷，体积百分含量为44％；
步骤二、向烧杯中加入正十四烷，体积百分含量为50％；
步骤二、向烧杯中加入对二甲苯，体积百分含量为6％；
步骤三、向通入氮气保护的燃料罐中加入制备好的正十四烷和乙基环己烷混合燃料，体积百分含量为97％；
步骤四、向上述添加了正十四烷和乙基环己烷的燃料罐中加入硼烷-二甲硫醚络合物，体积百分含量为3％；
步骤五、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
本实施例采用热板实验装置测量乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯和含3％硼烷-二甲硫醚/(乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯)改性环烷烃燃料在热板上的点火特性来说明含有活性添加剂和正十四烷对乙基环己烷起到点火特性调控的效果。其中，含有添加剂，其1％，2％)也能有效的调节乙基环己烷/正十四烷/对二甲苯的点火和燃烧特性，这里只列举含有3％的正十四烷/乙基环己烷点火情况。
实施例4
本实施例按如下比例配置改性多组分液体碳氢燃料:
步骤一、向烧杯中加入正十四烷，体积百分含量为47％；
步骤二、向烧杯中加入乙基环己烷，体积百分含量为47％；
步骤三、向烧杯中加入对二甲苯，体积百分含量为6％；
步骤四、向通入氮气保护的燃料罐中加入制备好的正十四烷、乙基环己烷和对二甲苯混合燃料，体积百分含量为97％；
步骤五、向上述添加了正十四烷、乙基环己烷和对二甲苯的燃料罐中加入硼烷-二甲硫醚络合物，体积百分含量为3％；
步骤六、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合，制得改性正十四烷、乙基环己烷和对二甲苯的混合燃料。
步骤七、同上步骤制得改性正十四烷，其体积百分含量为50％，以及乙基环己烷，其体积百分含量为50％的混合燃料。
步骤七、同上步骤制得改性正十四烷，其体积百分含量为50％，以及对二甲苯，其体积百分含量为50％的混合燃料。
本实施例采用热重实验装置测量和对比含3％硼烷-二甲硫醚/(正十四烷/乙基环己烷/对二甲苯)与其他的改性多组分燃料在热重实验装置上的蒸发特性来说明含有少量的对二甲苯的活性添加剂/多组分碳氢燃料的蒸发特性的调控效果。
如图2所示，如上述实施例中，通过添加少量的对二甲苯的3％硼烷-二甲硫醚/(正十四烷/乙基环己烷)改性多组分燃料的蒸发特性明显得到提升。
本发明通过在硼烷-二甲硫醚活化剂存在的条件下，正十四烷促进乙基环己烷的低温点火性能；在硼烷-二甲硫醚活化剂存在的条件下，添加微量的对二甲苯明显提升多组分混合燃料正十四烷/乙基环己烷的蒸发特性。利用硼烷-二甲硫醚络合物的低温促进效果能够明显的提升高热值环烷烃的低温点火、蒸发及燃烧性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种环烷烃碳氢燃料的低温点火特性的调控方法，其特征在于，以乙基环己烷为基体碳氢燃料，以正十四烷和对二甲苯为复配碳氢燃料，以硼烷二甲硫醚络合物为活化添加剂，将基体碳氢燃料、复配碳氢燃料和活化添加剂均匀混合，从而显著降低环烷烃碳氢燃料点火温度并提升其蒸发特性。
2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征是，所述的乙基环己烷的用量，与复配碳氢燃料的体积比为16:84～56:44。
3.根据权利要求1所述的调控方法，其特征是，所述的正十四烷和对二甲苯的体积比为10:6～50:6。
4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征是，所述的硼烷二甲硫醚络合物的分子式为BH3·S(CH3)2，通过将硼烷气体通入提供电子的二甲硫醚溶剂中经络合反应后形成稳定的硼烷二甲硫醚络合物。
5.根据权利要求1或4所述的调控方法，其特征是，所述的硼烷二甲硫醚络合物的用量，与基体碳氢燃料和复配碳氢燃料的体积比为3:97。
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