单支链芳烃燃料的同步辐射热解和层流预混火焰研究

单支链芳烃燃烧研究是汽油、柴油和航空煤油的替代燃料燃烧模型研究以及碳烟形成机理研究的基础，事关我国能源、国防、运输、环境等领域的需求。.针对单支链芳烃燃烧研究中存在的问题，本项目拟利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术研究多种C1-C4单支链芳烃（甲苯、乙基苯、正丙基苯、正丁基苯、苯乙炔和苯乙烯）的流动反应器热解和层流预混火焰，并对重要基元反应的速率常数进行理论计算，从而发展出准确性较高的单支链芳烃燃烧模型，并构建其动力学、热力学和输运数据库，为先进汽车发动机设计、高超声速飞行技术发展、燃烧污染物排放控制等工程燃烧研究提供理论帮助。.研究重点在于：充分发挥同步辐射的优势，获取中间体构成和浓度分布等燃烧化学结构信息，结合前人实验成果为模型提供充分的实验验证；解耦热解和氧化反应，并验证压力依赖型反应的压力效应，提升模型准确性；探索芳烃支链结构影响燃料分解氧化过程和碳烟形成机理的反应动力学机制。

单支链芳烃燃烧研究是汽油、柴油和航空煤油替代燃料模型研究以及多环芳烃和碳烟形成机理研究的基础，事关我国能源、国防、运输、环境等核心领域的战略需求。前人单支链芳烃燃烧研究中存在燃料单一、中间体信息不足、实验研究类型有限等问题，导致单支链芳烃燃烧反应动力学模型的发展长期受到限制。针对这些问题，本项目选取了一系列典型单支链芳烃燃料进行研究，引入同步辐射真空紫外光电离质谱（SVUV-PIMS）技术对其燃烧中间体进行了全面探测，并分别通过变压力流动反应器热解和层流预混火焰实验解耦热解和氧化机理，发展了多种单支链芳烃燃料的燃烧反应动力学模型。此外，基于最新研究热点，还对邻二甲苯和四氢萘这两种典型双支链芳烃和双环芳烃燃料开展了实验和模型研究。本项目研究发现，单饱和支链芳烃（如甲苯、乙基苯、正丙基苯等）的分解机理与无支链芳烃（如苯）和单不饱和支链芳烃（如苯乙烯）相比具有显著的差异。主要体现为单饱和支链芳烃的分解机理中苄基具有非常重要的作用，这源于单饱和支链芳烃的超共轭性所带来的苄基C-C键的弱化，使得单饱和支链芳烃的热解和火焰极易产生苄基。而在无支链芳烃和单不饱和支链芳烃的分解机理中苯基则是最重要的中间体。通过将苯、甲苯、乙基苯和丙基苯火焰结果进行对比，总结出苄基在芳烃生长过程中的重要作用，也证实在单饱和支链芳烃热解和火焰中，苄基及其分解产物的生长路径对多环芳烃和碳烟生成的主导作用。本项目工作得到了审稿人和国内外同行专家的高度评价，实验数据被国际知名学者用于验证其发展的芳烃模型，本项目发展的模型被认为具有很高的可信度和实用性。项目期间共发表SCI论文11篇、EI论文1篇、国内核心期刊论文2篇，其中在国际燃烧领域两大权威SCI期刊Combust. Flame和Proc. Combust. Inst.上共发表论文9篇；并在第34、35届国际燃烧会议上做口头报告4次。