基于单脉冲激波管的丙二烯和丙炔高温裂解特性研究

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本论文对实验室新建的单脉冲激波管实验系统进行了调试和优化。主要对原有的破膜方式进行了改进,将手动针刺破膜改为了气动针刺破膜;新设计了一套超快速采样装置,将单脉冲激波管与一台配备氢火焰离子化检测器和热导检测器的气相色谱(Agilent 7820A)进行了耦连,实现了对裂解产物中低碳数物质的定性和定量分析。最后,为了验证该单脉冲激波管实验系统的可靠性,选择环己烯为研究对象,开展了环己烯高温裂特性解实验研究,将实验结果与已有文献数据进行了对比,验证了本单脉冲激波管实验系统的可靠性。在此基础上,利用调试好的单脉冲激波管实验系统,对丙二烯和丙炔的高温裂解特性进行了实验研究。实验结果发现,丙二烯主要有8种裂解产物,包括三种主要产物(甲烷、乙炔及丙炔)和五种少量产物(乙烯、二丁炔、1,3-丁二烯、丙烯及乙烯基乙炔);丙烯主要有九种裂解产物,包括三种主要产物(甲烷、乙炔及丙二烯)和六种少量产物(乙烯、乙烯基乙炔、1,3-丁二烯、二丁炔、乙烷及丙烯)。在实验基础上,利用Chemkin Pro软件,使用已公布的化学动力学机理NUIGMech1.1对实验结果进行了详细地模拟研究,发现现有机理虽然可以对两种燃料裂解过程中的反应物和裂解产物浓度随裂解温度的变化规律进行很好的整体预测,但在部分温度区间该机里对产物绝对浓度的预测上存在一定偏差。基于此,针对模拟结果与实验结果吻合程度较差部分所在的温度区间,分别进行了敏感性分析、产率分析及反应路径分析,分析结果表明,该机理需要对四个基元反应的反应速率常数进行优化,包括R1075:C3H3+H(?)C3H4-P、R1086:C3H3+C3H3=FULVENE、R1072:C3H4-A(?)C3H4-P、R1074:CC3H4(?)C3H4-A。最后,基于路径分析结果,将丙二烯和丙炔裂解过程中的反应路径和反应通量以思维导图的形式完整展示出来。
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