聚甲基丙烯酸甲酯的热解与燃烧反应动力学研究

Poly(methylmethacrylate), simplified as PMMA, is an inexpensive, transparent polymer and vastly used as solid propellant in the engine experiments. However, the researches on pyrolysis of PMMA mainly forces on the detection and analysis of stable products, and the measurement of macroscopic properties. The active intermediates have rarely been reported. In this project, the pyrolysis of PMMA, MMA oxidation in Jet-Stirred Reactor and MMA laminar premixed flames will be studied using photoionization mass spectrometry (PIMS). The supersonic molecular-beam mass spectrometry technique can effectively reduce the collisions after sampling, and enable detection for the active intermediates such as free radicals. With the help of quantum chemistry calculation and the reaction rate calculation of the important reactions, it is available to develop a reliable mechanism for the PMMA pyrolysis and MMA combustion. Furthermore, the mechanism will be validated by the experimental measurements. The detailed kinetic mechanism of PMMA pyrolysis and MMA combustion would be helpful to improve the accuracy of the numerically simulation and understanding of PMMA combustion behaviors in engines.

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于其价格低、透明等优点，近年来被作为固体推进剂广泛应用于各种新型发动机实验中。而目前对PMMA燃烧的研究往往停留在宏观性质的测定，以及稳定产物的探测方面，对热解过程中起关键作用的活性中间产物关注较少。本项目拟采用光电离质谱技术对PMMA的热解及其热解主要产物甲基丙烯酸甲酯(MMA)的射流搅拌反应器氧化和层流预混火焰进行研究。使用超声分子束取样技术对活性物种进行取样，结合光电离质谱的优势，获取中间体构成和浓度分布等燃烧化学结构信息。通过量化计算和反应速率常数计算，发展高精度的PMMA热解机理和MMA燃烧反应机理，并利用测得的实验数据对机理进行验证。相关机理在简化后可以用于数值计算，为PMMA在发动机中的燃烧特性提供化学理论支撑。

甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于其价格低、透明等优点，近年来被作为固体推进剂广泛应用于各种新型发动机实验中。而目前对PMMA燃烧的研究往往停留在宏观性质的测定，以及稳定产物的探测方面，对热解过程中起关键作用的活性中间产物关注较少。. 本项目利用热解-光电离质谱对PMMA的热解产物进行实时在线测量，发展了PMMA热解反应机理。基于常微分方程和蒙特卡罗方法开发了可计算详细化学反应机理的固体热解模拟的软件，成功模拟了PMMA的热重和产物曲线。本项目发展的固体热解软件不仅可以模拟PMMA等高聚物的热解过程，还可用于木质素、褐煤等复杂大分子的热解模拟，具有非常广阔的应用前景。. 本项目在流动管和射流搅拌反应器中对MMA的热解和氧化机理进行了研究，利用真空紫外光电离质谱对热解的产物进行了鉴别和浓度的定量测量。通过量化计算与反应速率常数计算发展了详细的MMA燃烧反应机理，并利用实验结果对反应机理进行了验证。结果表明本项目发展的机理比前人模型具有更高的预测精度。相关机理在简化后可以用于数值计算，为PMMA在发动机中的燃烧特性提供化学理论支撑。