燃烧反应非谐振效应和低温燃烧机理研究

Owing to the complexity in combustion reactions and the influence diversity of elementary steps by temperatures, constructing a reliable combustion mechanism is a big challenge. This proposal focuses on the following. At first, the reaction network of peroxidation in low temperature combustion will be investigated. On the basis of potential energy surface calculation, the competition between the thermodynamic control and the kinetic one on the multi-channels will be paid attention to. After the selection and optimization of the reaction classes in low-temperature combustion, the reaction rules for combustion mechanism generation will be worked out. Secondly, in order to validate the combustion mechanism, the technique for measuring ignition delay time by shock tube at low temperature will be developed, and the negative temperature coefficient behavior in ignition delay times of jet fuels will be investigated. The microscopic details of the low-temperature combustion will be figured out combining both theory and experiment. The present proposal aims at the exploration of the reaction rules in combustion at low and high temperatures, based on the study of the combustion reactions from macro and micro aspects. Moreover, after developing the methods and programs for reaction mechanism generation by surrogate model technique, we will provide foundation for engine turbulent combustion research.

由于燃烧反应的高度复杂性和基元步骤受温度影响的差异性，构建高可靠性的燃烧机理是燃烧反应动力学面临的重要挑战。本项目研究内容包括：考察低温燃烧过氧化反应网络，基于势能面计算，探明多通道反应的热力学和动力学控制的竞争机制，确定低温燃烧反应类型，建立燃烧机理生成规则；结合大分子燃烧反应热、动力学参数计算和数据挖掘，构建燃烧详细机理；发展建立激波管低温点火延迟测量方法，研究低温点火负温度系数效应，理论和试验相结合考察低温燃烧微观机制。研究目标是通过燃烧反应的微观和宏观研究，探索低温燃烧客观规律，发展低温燃烧机理的构建方法和程序，结合替代组分方法，构建航空燃料高可靠性燃烧机理，为发动机湍流燃烧研究奠定基础。

低温燃烧动力学是目前燃烧机理研究的难点，低温燃烧机理能为工程燃烧研究提供重要的理论支持。本项目通过燃烧反应的微观和宏观研究，探索了低温燃烧客观规律，发展了低温燃烧机理的构建方法和程序，结合替代组分方法，构建了碳氢燃料高可靠性燃烧机理，本项目研究结果为发动机湍流燃烧研究奠定了基础。.本项目取得以下主要成果：（1）通过反应平衡常数的理论计算，考察了低温燃烧途径中的平行反应及可逆反应的热力学控制和动力学控制的竞争问题；（2）通过理论计算方法，补充和完善了低温燃烧反应中的重要分支反应通道，完善了机理的热、动力学参数；（3）完善了机理自动生成软件，引入低温燃烧反应类型，结合已发展高温燃烧机理，构建了单组分碳氢燃料和代表性国产航空煤油多组分替代模型的宽温度燃烧详细反应机理；（4）发展了激波管测量技术，研究了单组份碳氢燃料和工程燃料在宽温度范围的点火延迟特性，特别是在低温区获得了燃料点火延迟时间的负温度效应，验证了自主构建机理的可靠性；（5）发展高碳体系高温燃烧反应热、动力学参数计算的非谐振模型和计算方法，将高温非谐振校正引入高温燃烧反应机理构建和优化，进一步提高燃烧机理的合理性和精确性。.项目发表文章38篇，培养博士生12人（已毕业6人），硕士生19人(已毕业9人)。组织全国性学术会议三次。在项目支助下，2016年获准“航空动力”国家特色学科。2017年由项目负责人申请，中国化学会批准创建了“燃烧化学”专业委员会，项目负责人任首届主任委员。本项目研究已经按预定计划很好地完成，达到了项目的预期目标。