微藻生物航空煤油/RP-3航空煤油混合燃料的着火与燃烧特性研究

In order to alleviate the presssure of oil supply and reduce CO2 emission, the aviation industry has been seeking and developing all kinds of clean and renewable energy. Because of easy to get raw materials, renewable, less pollution and other advantages, the aviation biofuel has attracted great attention. However, there is few study on its fundamental combustion characteristics, and the combustion reaction mechanism is not clear. To this end, the experimental and combustion mechanism study on the ignition and combustion characteristics of algae-derived aviation biofuel and its blends with RP-3 aviation kerosene will be accomplished in this project. The physical and chemical properties of the algae-derived aviation biofuel and its blends will be analyzed; the experimental data such as ignition delay time and laminar burning rate will be obtained with a shock tube and a constant volume combustion chamber, and the influence of algae-derived aviation biofuel on the ignition and combustion characteristics of RP-3 aviation kerosene will be clarified; with the optimization of selection criterions, the surrogate fuel of algae-derived aviation biofuel will be determined and the combustion reaction mechanism of algae-derived aviation biofuel will be constructed; the combustion reaction mechanism of the blended fuel will be contructed by intergrating with RP-3 kerosene reaction mechanism and reduced, and the combustion reaction mechansim of algae-derived aviation biofuel and its blends will be verified with the corresponding experimental data. This project can provide the necessary theoretical basis for the application of algae-derived aviation biofuel in aviation engine.

为缓解石油供应压力，减少CO2排放，航空业一直在寻求和开发各种可再生清洁能源。生物航空煤油因具有原料易得、可再生、污染少等优点而备受关注。但是生物航空煤油基础燃烧特性研究较少，燃烧反应机理尚未明确。为此，本项目拟开展微藻生物航空煤油及其与RP-3航空煤油混合燃料着火与燃烧特性实验及燃烧机理研究。分析微藻生物航空煤油及其混合燃料的理化性质；在激波管和定容燃烧弹中获得微藻生物航空煤油及其混合燃料着火延迟时间和层流燃烧速度等，阐明微藻生物航空煤油对RP-3航空煤油着火与燃烧特性的影响机理；优化模拟替代燃料遴选标准，确定微藻生物航空煤油模拟替代燃料，构建其燃烧反应机理；综合RP-3航空煤油燃烧反应机理，形成混合燃料详细燃烧反应机理，并进行简化；采用相应工况着火与燃烧特性实验数据对微藻生物航空煤油及其混合燃料的详细及简化机理进行验证。该项研究将为微藻生物航空煤油在航空发动机中的应用提供必要理论依据。

为缓解石油供应压力，减少CO2排放，航空业一直在寻求和开发各种可再生清洁能源。生物航空煤油因原料易得、可再生、污染少而备受关注。然而，关于生物航空煤油基础燃烧特性的研究较少，同时，生物航空煤油的燃烧反应机理也不明确。为此，本项目以微藻生物航空煤油为例，拟开展微藻生物航空煤油/RP-3航空煤油混合燃料的理化性质、着火与燃烧特性以及燃烧反应机理研究。主要结论包括：通过GC-MS测试了微藻油的化学组成和基本理化性质，分析指出，微藻油的主要成分是直链烷烃，且碳数较高，碳数主要集中在C14~C18；在激波管中获得微藻油/RP-3航空煤油在1000~1800K着火温度范围的着火延迟时间，通过与RP-3航空煤油对比发现，微藻油着火延迟时间较短，且混合燃料中微藻油掺混比例越高，着火延迟时间越短；在定容燃烧弹中完成初始压力0.1MPa、初始温度450K、当量比0.8~1.4范围、微藻油掺混比0、0.1、0.3和0.5工况混合燃料的燃烧特性实验，研究发现，与RP-3航空煤油相比，微藻油/RP-3航空煤油浓混合燃料的燃烧稳定较差，因此在航空发动机中采用混合燃料时，要合理控制燃烧室主燃区混合燃料浓度，不宜过高。另外，对比微藻油和RP-3航空煤油的层流燃烧速度发现，随着混合燃料中微藻油掺混比增加，混合燃料层流燃烧速度增加，该结果可作为设计航空发动机燃烧室尺寸的重要依据；依据数值模拟替代燃料的遴选标准，确定微藻油模拟替代燃料为正十四烷、正十六烷和正十八烷，结合已构建RP-3航空煤油正癸烷、甲基环己烷和丙基苯3组分燃烧反应机理，初步构建出微藻油/RP-3航空煤油混合燃料的燃烧反应机理，通过采用该机理计算着火延迟时间和层流燃烧速度，验证机理的准确性和适应范围。该项目对微藻航空煤油进行了较为全面的研究，获得大量原创实验数据，该项研究将为微藻生物航空煤油在航空发动机中的应用提供必要理论依据。