功能性杯芳烃分子自组装技术改善吸热型碳氢燃料换热安全性研究

吸热型碳氢燃料是服务于高超声速飞行器的首选燃料，能同时满足飞行器动力和热管理需求。该燃料在冷却飞行器高温部件时因强热流密度加热会迅速升温，并出现严重的热稳定问题，如与溶解氧反应发生氧化沉积、高温裂解出现结焦、析碳等。这些问题会严重影响吸热型碳氢燃料的换热安全性，并直接威胁飞行器的正常运行，是目前限制吸热型碳氢燃料研究和应用的技术瓶颈。鉴于燃料高温条件下发生热氧化和裂解结焦反应的必然性，课题结合以往研究经验首次提出"析出物无害化处理"的方法，拟采用多功能杯芳烃为添加剂，在抑制燃料氧化、结焦的同时，利用其特殊的分子自组装行为在碳氢燃料中形成分子胶囊捕捉沉积前驱物和已生成的纳米焦、碳颗粒，阻止其进一步聚集以避免沉降，既改善了燃料的换热安全性，还可以利用所形成的纳米流体强化传热提高燃料的热管理能力。项目突破单纯抑制热沉积的传统方法，为改善吸热型碳氢燃料的换热安全性提供了全新的研究思路。

服务于高超声速飞行器的燃料要能满足其动力和热管理双重需求，研究表明吸热型碳氢燃料是首选。该燃料在冷却飞行器高温部件时因强热流密度加热会迅速升温，并出现严重的热稳定问题，如与溶解氧反应发生氧化沉积、高温裂解出现结焦、析碳等。这些问题会严重影响吸热型碳氢燃料的换热安全性，并直接威胁飞行器的正常运行，是目前限制吸热型碳氢燃料研究和应用的技术瓶颈。鉴于燃料高温条件下发生热氧化和裂解结焦反应的必然性，课题结合以往研究经验首次提出“析出物无害化处理”的方法，拟采用多功能杯芳烃为添加剂，在抑制燃料氧化、结焦的同时，利用其特殊的分子自组装行为在碳氢燃料中形成分子胶囊捕捉沉积前驱物和已生成的纳米焦、碳颗粒，阻止其进一步聚集以避免沉降，既改善了燃料的换热安全性，还可以利用所形成的纳米流体强化传热提高燃料的热管理能力。项目突破单纯抑制热沉积的传统方法，为改善吸热型碳氢燃料的换热安全性提供了全新的研究思路。研究结果验证了项目的设想，杯芳烃能够提高燃料氧化安定性，并在700oC以下抑制燃料结焦，同时能够提升燃料的吸热能力7%。