现今世界能源主要来源仍是化石燃料的燃烧,提高燃烧效率并降低燃烧污染物的排放是新时期燃烧学研究的基本任务和学术目标。进入新世纪以来,飞机已经逐渐成为了主要的交通工具之一,其主要动力来源是航空燃料的燃烧。因此,对航空燃料的燃烧学特性进行研究是十分必要的。航空燃料是当前广泛使用的化石燃料之一,航空模型燃料则是在化学及物理层面上依据研究需求对航空燃料进行的必要简化,这也是目前国内外研究者研究航空燃料燃烧特性时使用的最广泛通用的方法之一。在国内外十余年的研究过程中,大量模型分子如甲苯、正丙苯和正十二烷等被当作航空模型燃料的重要组分进行了深入研究。在我国,最广泛使用的航空燃料为RP-3航空煤油。本论文立足于RP-3航空煤油燃烧特性的研究,从各单组分的燃烧化学特性研究出发,对RP-3航空煤油及其相应的航空模型燃料进行了深入的燃烧化学动力学研究。其主要组分为体积分数55%的烷烃,5%的芳烃及接近40%的环烷烃。首先,本论文介绍了化石燃料燃烧过程中会产生的污染物及其危害,阐明了对航空煤油进行燃烧特性研究从而控制其燃烧效率及污染物排放的必要性。介绍了国内外航空煤油的主要型号,及国内外研究者对这些航空煤油进行的研究及成果报道。通过对这些成果的总结,本论文提出了以体积分数66.2%正十二烷、18.0%1,3,5-三甲基环己烷、15.8%正丙苯组合的模型燃料来预测我国主要使用的RP-3航空煤油的燃烧特性。依据这个结论,本论文随后对上述提到的三种单组分的燃烧动力学研究成果进行了搜集及总结,从单组分的燃烧化学反应动力学研究出发,对航空模型燃料及RP-3航空煤油进行了深入细致的研究。随后针对本论文研究过程中所使用的各类实验系统及装置、动力学模拟方法及涉及到的相关的量子化学计算方法进行了介绍。实验装置部分主要分为四部分,分别介绍了燃料的低温氧化实验系统、火焰传播速度测量实验系统、激波管着火延迟测量实验系统及常压/低压热解实验系统,其中着重介绍了本课题组自行搭建的燃料低温氧化实验系统。动力学模型方面先对Chemkin软件的发展历史进行了介绍,随后对化学动力学机理、热力学数据和输运数据这三个软件运行时所必需的模块进行了简要的理论介绍,接下来简要介绍了敏感型及反应路径分析的定义及相关意义。本章最后对量子化学计算方法及应用方面进行了简要的介绍。在具体的研究内容中,本论文首先开展了正丙苯的燃烧化学反应动力学研究。分别进行了氧化实验,火焰传播速度测量实验以及激波管着火延迟测量实验。在低温氧化实验中,使用气相色谱和气质联用仪定量检测到了 25个组分,包括6个新检测到的中间产物:1-苯丙烯、2-苯丙烯、甲基苯乙烯、茚、萘、苯并呋喃。同时结合本课题组之前发展出的乙炔核心机理和自行进行量化计算得到的结果,辅以火焰传播速度和激波管着火实验得到的数据,建立了包含292个组分和1919个反应的正丙苯燃烧反应动力力学模型。该模型能够很好的预测本论文中对正丙苯进行的三个实验的实验数据及其发展趋势。以此模型为基础,本论文对正丙苯在宽范围压力、当量及温度条件下的反应路径及敏感性进行了理论分析。结论表明,正丙苯燃烧过程中的消耗几乎全部来自于丙基上的脱氢反应,而其燃烧过程中生成的主要中间产物如甲苯、苯乙烯等也大都来自于这些反应的后续反应。同时依托正丙苯动力学机理及他人的研究成果,建立得到了一个能够同时成功预测四类C9Hl2芳香烃燃料燃烧过程的综合性化学动力学机理。接着,本论文开展了对1,2,4-三甲基环己烷的燃烧化学反应动力学研究,分别进行了氧化实验以及常压/低压热解实验。在低温氧化实验中测量到了大量的轻烃生成,同时伴有较少量的芳香烃及不饱和环烃生成。在热解实验中同样观测到了大量的轻烃中间产物生成,使用之前发展出的氧化动力学机理同样能够对热解实验数据进行较为合理的预测。依据这些实验数据及量化计算结果,本论文建立了一个包含533个组分和3184个反应的三甲基环己烷燃烧反应动力力学模型。模拟结果表明,该模型能够很好的预测低温氧化及热解实验的数据及其发展趋势。反应路径及敏感性分析表明,三甲基环己烷的消耗反应同时在其9个各不相同的脱氢位置上发生,而且这些反应对燃料整体消耗具有十分接近的重要性。该研究为国际上首次报道的关于此类燃料的研究结果,为后续以该类型燃料为组分之一的模型燃料的研究打下了坚实的基础。然后,本论文对前面提出的包含三组分的模型燃料(体积分数66.2%正十二烷、15.8%正丙苯及18.0%1,3,5-三甲基环己烷)进行了氧化实验,火焰传播速度测量实验以及激波管着火延迟测量实验。依据这些实验数据,结合之前两个章节所研究得到的单组分燃料的动力学机理,构建并验证了一个包含430个组分及2859个反应的模型燃料详细动力学机理。该机理能够合理地模拟出实验中所测量到的摩尔分数、着火延时及火焰传播速度。依托该动力学机理进行的反应路径及敏感性分析表明,正十二烷在整个燃料的消耗过程中起到了主导作用,尤其是在负温度效应区域。在负温度效应区域,由于正十二烷低温氧化生成了大量自由基,从而导致正丙苯在较低温区(575 K左右)也出现了不明显的负温度系数效应。最后,本论文进行了RP-3航空煤油的氧化实验。测量结果发现,RP-3航空煤油与前一章所提出模型燃料的组分高度相似,验证了模型燃料的适用性。这两个燃料在氧化过程中的表现也很接近。随后使用模型燃料反应动力学机理对RP-3航空煤油的氧化实验进行了模拟,成功地验证了实验结果。综上所述,本论文分别开展了针对正丙苯、1,2,4-三甲基环己烷、RP-3模型燃料及RP-3航空煤油的燃烧学特性研究实验,其中包括低温氧化实验、火焰传播速度测量实验、激波管着火延迟测量实验及常压/低压热解实验。在这些实验数据的基础上,结合量子化学计算结果,本论文首先发展出了两个化学单质的燃烧化学动力学模型,以此为基础进而发展出了用于预测模型燃料和实际航空煤油燃烧特性的化学反应动力学模型。该模型在宽压力、温度和当量比条件下可全面准确地预测各个正丙苯、1,2,4-三甲基环己烷、RP-3模型燃料和RP-3航空煤油的燃烧特性,包括氧化、热解实验组分浓度,火焰传播速度,着火延迟时间等。本论文的实验和模拟结果表明该动力学模型具有很好的普适性及精准性。这些研究结果对RP-3航空燃料的燃烧特性,尤其是炭黑等污染物的减排、燃烧效率的提高和低温自动着火装置的研究有很大的推动作用。