徐佳琪 郭俊江 刘爱科 王健礼 谈宁馨,* 李象远(四川大学化学学院,成都60064; 四川大学化学工程学院,成都60065)

RP-3替代燃料自点火燃烧机理构建及动力学模拟

徐佳琪1郭俊江2刘爱科2王健礼1谈宁馨2,*李象远2
(1四川大学化学学院,成都610064;2四川大学化学工程学院,成都610065)

通过对RP-3航空煤油成分的分析,以及对8组替代模型的对比实验,选取了73.0%(质量分数)正十二烷,14.7%1,3,5-三甲基环己烷,12.3%正丙基苯作为RP-3航空煤油的替代模型.使用本课题组自主研发的机理自动生成程序ReaxGen,构建了RP-3替代燃料的高温燃烧详细机理,用该机理模拟了激波管点火延时,并与实验数据进行比较.用物质产率分析和近似轨迹优化算法(ATOA)简化方法简化了详细机理.最后对燃烧机理在不同化学计量比及压力条件下的点火延时做了敏感度分析,考察了燃烧机理在不同化学计量比下关键反应的异同.结果表明,该替代模型的燃烧机理能很好地描述RP-3煤油的高温点火特性.

RP-3航空煤油;替代燃料;燃烧机理;点火延时;敏感度分析

1 引言

航空燃料燃烧的数值模拟对发动机的设计具有重要的指导意义,构建可靠简化的燃料燃烧机理是燃烧数值模拟的基础.由于航空燃料通常包括直链烷烃、支链烷烃、烯烃、环烷烃和芳香烃等上百种化合物,研究实际燃料的燃烧机理非常困难,通用的做法是选取替代组分组成替代燃料来再现实际燃料的基本性质.1替代燃料的组分越少,反应机理越简单,就越有利于数值模拟.

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国际上不少研究组对Jet-A、JetA-1和JP-8等航空煤油的替代组分作了深入的研究.如Dagaut2用正癸烷(74%,体积分数)、丙基苯(15%)、丙基环己烷(11%)组成JetA-1的替代燃料,构建燃烧机理并模拟了燃料在射流搅拌反应器(JSR)中燃烧的物种浓度; Patterson等3用89%(摩尔分数)正癸烷和11%甲苯组成的替代燃料模拟了JetA-1在JSR和预混平板火焰中的燃烧特性;Montgomery等4用32.6%(摩尔分数)正癸烷、34.7%正十二烷、16.7%甲基环己烷和16%丁苯模拟了JP-8在激波管中的点火延时; Cathorment等5用78%(摩尔分数)正癸烷、9.8%环己烷和12.2%甲苯组成的替代燃料模拟了JP-8在JSR中的燃烧特性;Honnet等6用80%(质量分数)正癸烷和20%1,2,4-三甲基苯组成煤油替代物;Humer等1用正癸烷/正十二烷/甲基环己烷/甲苯/邻二甲苯作为替代组分,分别组成了三组替代煤油,力图使替代煤油的性质能重现JP-8和Jet-A的燃烧特性.

国内碳氢燃料燃烧机理的研究较为薄弱,模拟采用的燃烧机理通常来自外国文献,但由于实际燃料的组成不同,使国外公开的反应机理与国内实际情况相差较大.如RP-3是国内广泛使用的一种航空煤油,它的化学反应动力学机理的研究却很少.范学军和俞刚7采用49%(摩尔分数)正癸烷、44%三甲基环己烷和7%正丙基苯组成替代燃料进行了RP-3航空煤油的热物理特性研究,该替代燃料的相对分子量为133.42,碳氢摩尔比为0.4857;肖保国等8采用了79%(摩尔分数)正癸烷、13%三甲基环己烷和8%已基苯组成的替代燃料,模拟了RP-3航空煤油在等容条件下的点火延时以及层流预混火焰,并与实验值相比较,该替代模型的平均相对分子量为137.04,近似分子式为C9.71H20.52.

本研究在对RP-3煤油的成分分析的基础上建立了RP-3高温燃烧的三组分替代模型,使用自主研发的高碳烃燃烧反应的机理生成程序ReaxGen,9建立了RP-3替代燃料的高温燃烧机理.用此机理模拟了RP-3在激波管中的点火延时并与实验结果进行对比研究,结果表明该机理能很好地描述RP-3煤油的高温点火特性,有助于工程计算流体力学的仿真设计.

2 RP-3航空煤油替代模型的构建

本研究通过色/质联用手段检测了RP-3航空煤油样品的组成,用质量分数表示的RP-3航空煤油样品的主要成分如表1所示.表1只给出含量(质量分数)大于0.5%的物种,通过测定结果可知,该RP-3航空煤油样品含72.0%链烷烃、13.7%环烷烃、11.3%芳香烃;此外还含少量的醇类,平均分子量为150.0,碳氢摩尔比为0.4879.本研究综合考虑各种类型的烃在煤油中的比例、煤油的平均相对分子量和碳氢摩尔比等问题,兼顾后文所述替代模型中不同组分的浓度对点火延时模拟结果的影响,提出以73.0%(质量分数)正十二烷,14.7%1,3,5-三甲基环己烷和12.3%正丙基苯作为RP-3航空煤油的高温燃烧替代燃料的模型.

3 详细机理的构建及简化

3.1 详细机理的构建方法

本研究组长期致力于碳氢燃料燃烧机理的自动生成程序ReaxGen的开发与完善,目前该程序已经能对链烷烃10,11和单环烷烃12,13的单组分高温燃烧机理进行构建并得到实验验证.烃的燃烧反应属于典型的链反应,高温燃烧反应的种类有限,具备程序化的特征;由于高碳烃在燃烧过程中同类型的物种的反应具有共性,这些物种的反应活性中心相同时具有相同的反应类型,受物种大小和周围环境的影响很小,其反应动力学参数按反应归类的方式确定;根据此原则,可以用程序ReaxGen逐级地构建C5及其以上物种参与的反应及相应的动力学参数.

链烷烃高温燃烧的反应类型主要有:(1)烷烃的单分子裂解反应,(2)自由基对烷烃的氢提取反应, (3)烷基的氢迁移重排,(4)烷基的裂解反应,(5)烷基氧化生成烯烃,(6)烯烃的裂解反应,(7)烯烃氢提取反应(烯丙基位、烯基位、烷基位提取),(8)烯烃的加成反应(氢原子、氧原子、甲基、羟基、过氧化氢加成),(9)逆烯反应,(10)烷基位烯自由基的重排反应, (11)烯丙型自由基裂解,(12)烯基自由基裂解,(13)烷基位烯自由基的裂解.与链烷烃不同,单环烷烃高温燃烧的关键步骤是开环反应,一种开环方式是单环上的碳碳键裂解形成双自由基,双自由基通过裂解产生小分子或者异构成烯烃;另一种开环方式是单环上的烷基发生氢提取反应成单环烷基,进一步发生β裂解开环;开环以后的物种发生的反应与链烷烃类似.因此,在ReaxGen程序中添加了双自由基的裂解反应和双自由基异构成烯烃两类反应.此外,当ReaxGen程序产生多种类型烃的燃烧机理时,需要同时包含链烷烃和单环烷烃的燃烧反应类型,每种烃燃烧产生的相同物种必须通过程序识别,在燃烧机理中必须具有相同的物种名称.

表1 RP-3煤油的主要成分Table 1 Main components of RP-3 kerosene

根据上述规则构建相应的反应类型子程序模块,高碳烃的起始反应物调用对应的反应类型,结合动力学参数,产生相应的反应方程,所得的产物也调用相应的反应类型,由此产生一连串的反应方程及相应的动力学参数,直到产生的物种含碳数等于4,由此得到高碳烃燃烧的扩展机理.燃烧产生的

C0

-C4小分子和自由基的机理非常重要,所用的动力学参数应当准确,本研究用Wang等14发展的比较成熟的C0-C4核心机理.因此,详细机理的动力学文件由C0-C4的核心机理和ReaxGen产生的C5以上烃的扩展机理构成.

核心机理的热力学参数来源于文献,14C5以上物种的热力学参数采用National Institute of Standards and Technology(NIST)的基团贡献法计算得到,对不能由基团贡献法得到热力学数据的物种,用量子化学的B3LYP/6-31G(d,p)方法计算它们的热力学数据,并拟合成如下形式:

式中Cp,m为恒压摩尔热容,Sm⊖为标准摩尔熵,ΔfHm⊖为标准摩尔生成焓,R是理想气体常数,T是温度,ai(i=1-7)为拟合参数.物种的热力学参数可由一组参数表示为温度的函数,反之,指定温度下物种的热力学参数也可由以上表达式计算得到.物种的输运数据由物质的临界参数计算,对于缺乏临界参数的自由基等物质,采用与其结构最接近的中性分子的数据近似.

根据上述方法,由ReaxGen程序生成链烷烃和环烷烃的机理,再添加芳香烃的机理,15构建出了RP-3三组分替代模型的高温燃烧详细机理,动力学文件中包含了2237个物种,7959个反应.

3.2 详细机理的点火延时模拟

点火延时是表征燃料特性的一个重要参数,唐洪昌16和Zhang17等利用反射激波点火,采用壁端压力和CH*(激发态)发射光为点火指示信号,测量了气相煤油/空气混合物的点火延时.本文运用与文献16,17的实验条件相同的模拟条件,点火温度为1100-1500 K,压力为1.01×105、2.02×105和4.04×105Pa,化学计量比(φ)为0.2、1.0和2.0,采用Chemkin-II程序包,利用反射式激波管模型,模拟了RP-3替代燃料的点火延时,模拟结果与实验结果对比如图1所示.

由图1可知,在高温中压的条件下,实验点火延时与温度的倒数呈指数关系,由图1(a)可知,点火延时随压力的增大而减小,用详细机理模拟的点火延时均能定性地反映出这些特征;由图1(b)可知,实验点火延时随化学计量比的增大而减小.用RP-3航空煤油替代模型的详细机理模拟的点火延迟在温度为1100-1500 K,压力为1.01×105、2.02×105、4.04× 105Pa,化学计量比为1.0、2.0的条件下,与实验值16,17吻合较好.但由图1(b)可知,仅在温度为1100-1500 K,压力为2.02×105Pa,化学计量比为0.2的极贫油条件下,模拟值与实验值有较大偏差,推测原因为极贫油燃烧的关键反应与其它化学计量比条件下燃烧的关键反应可能有所不同.由于缺少RP-3航空煤油的其它实验数据,如层流预混火焰的传播速度、物种浓度及射流搅拌反应器中的物种浓度,该机理未对这些燃烧特性进行验证,因此,本详细机理适用于描述RP-3航空煤油在高温、中压下的点火特性,仅在极贫油条件下会出现偏差.

图1 RP-3煤油替代模型详细机理的点火延时模拟Fig.1 Simulated ignition delay times by using the detailed mechanism of RP-3 kerosene surrogate model

3.3 详细机理的简化

Chen18使用计算流体力学(CFD)方法对甲烷/空气(36个物种,217个反应)燃烧反应流的计算研究显示,约80%的计算时间都用于化学动力学源项的求解.RP-3航空煤油替代模型的详细机理含有2237个物种、7959个反应,如此复杂的燃烧动力学机理难以直接用于流体力学仿真模拟,在实际燃烧的CFD模拟中,必须对复杂的燃烧化学反应动力学机理进行简化.19-22

为了提高计算效率,首先用物质产率分析方法在压力为2.02×105Pa,温度为1200 K,化学计量比为1.0的条件下对详细机理进行简化,此方法先计算每个反应在总的反应过程中,对每个物种的生成或消耗的贡献,如果贡献小于某一阈值,则删除该反应,同时也删除没有参与任何反应的多余物种,得到半详细机理(257个物种,874个反应).

再使用本研究组发展的近似轨迹优化算法(ATOA)方法23在压力为1.01×105-4.04×105Pa,温度为1100-1500 K,化学计量比为0.2-2.0的范围内对半详细机理进行深度简化,得到最终的简化机理(138个物种,530个反应).

3.3.1 ATOT简化原理

均相反应体系在某一时刻的状态是由各物种的摩尔分数、压力、系统焓值确定的,所以燃烧过程中的任意状态,均可在N+2维空间表示为一个点(h, p,x1,x2,…,xN),其中N是系统中的物种数,h和p分别是体系的焓和压力,xj为物种j的摩尔分数.通常在机理简化的燃烧模拟中,采用绝热等压模型(压力,焓恒定).因此可用各物种的摩尔分数确定任意时刻系统的状态,表示为N维空间中的一个点.系统随时间的变化则可用N维空间中状态点的轨迹表示.各状态点上,第i个基元反应所引起的所有物种生成速度可由下式确定:

式中si表示与第i个基元反应对应的计量系数向量. qi表示与第i个基元反应对应的净反应速率.ωi表示在N维空间中的一个矢量,它的物理含义为第i个基元反应使系统偏离当前状态点的速率和方向.ωsem为半详细机理中各基元反应所引起的物种生成速度矢量的加和,表示化学反应之后系统与当前状态点偏离大小与方向,用下式计算得到:

从半详细机理的M个基元反应中,挑选m个重要基元反应,使得简化机理所得到N维空间轨迹与半详细机理所得到的轨迹尽量接近,保证简化机理对点火延迟的描述接近于半详细机理的结果.

去掉(M-m)个冗余基元反应引起的各个物种生成速度误差向量可表示为:

上式中ωred是简化机理中所有反应所引起的物种生成速度矢量的加和.在机理简化过程中,寻找尽可能少的重要反应,使其在各状态点的误差向量的模与在半详细机理下该物种生成速度向量的模的比值均小于给定阈值ε:

ε取值范围0到1,ε越小,简化机理包含的基元反应越多,与半详细机理描述的燃烧轨迹越接近,模拟误差越小,在具体简化时应根据实际情况合理选取.

简化开始时,假设所有反应都属于冗余反应集,在ATOA算法中,我们将冗余反应集中物种生成速度矢量投影在误差矢量方向,来确定该反应各基元反应的重要性.如某个反应所引起的物种生成速度量在误差矢量上投影的绝对值最大,就表示这个反应对总误差矢量影响较大,应该添加到重要反应集中.重要反应集中每增加一个基元反应,误差矢量就会发生变化,因此需要用(6)式重新计算误差矢量,然后重复以上重要反应集增补过程,直到满足(7)式.这样获得的重要反应集构成了一个候选简化机理.半详细机理中没有参与任何反应的物种被自然去掉,燃烧模拟的误差则用来判断候选简化机理的优劣.如图2(a)所示:反应(1)的矢量ω1向总误差矢量Verr的投影最大,因此反应(1)被选为重要反应,以此类推筛选出重要反应集.

图2 投影筛选原理图Fig.2 Schematic diagrams of screen by projecting

由于简化所依据的样本对简化的结果影响较大,24简化过程中反应、物种被选中的顺序都可能对重要反应集的生成产生影响,因此存在多个满足(7)式的重要反应集.在ATOA算法中,进一步采用迭代改进算法25,26对重要反应集进行优化,以在满足(7)式的条件下获得包含尽量少的物种且燃烧模拟误差尽量小的重要反应集.

3.3.2 详细机理与简化机理的动力学模拟

为了验证简化机理对点火延迟的描述是否接近于详细机理的结果,本文在温度为1100-1500 K,压力为1.01×105、2.02×105、4.04×105Pa,化学计量比为0.2、1.0、2.0条件下,用RP-3替代模型的详细机理、半详细机理以及简化机理模拟了点火延时,结果如图3所示.由图3可知,简化机理能再现详细机理和半详细机理的点火延时模拟结果.简化机理对半详细机理而言,平均点火延时误差1.50%,最大点火延时误差4.95%.

图3 RP-3煤油替代模型详细机理、半详细机理及简化机理的点火延时模拟结果Fig.3 Simulated ignition delay times by using the detailed,semi-detailed,and reduced mechanisms of RP-3 kerosene surrogate model

表2 RP-3煤油替代模型Table 2 Surrogate models for RP-3 kerosene

4 替代燃料模型和燃烧机理分析

4.1 替代模型的组成对点火延时的影响

由于实际航空煤油含有烃的种类较多,替代模型并不能满足实际燃料的所有特性,替代模型中各种类型烃的含量、平均相对分子质量及碳氢摩尔比对点火特性的影响较明显,本研究在对RP-3航空煤油样品分析的基础上,提出了以正十二烷/1,3,5-三甲基环己烷/正丙基苯作为航油的替代组分,如表2中所示的八种替代模型来考察替代燃料中各组分的成分对模拟结果的影响.

如表2所示,名为RP-3-A到RP-3-H的替代模型,随着正十二烷含量的减少平均相对分子量逐渐减小.其中RP-3-C、RP-3-D、RP-3-E和RP-3-F四种替代模型的平均相对分子质量和碳氢摩尔比与实际燃料比较接近,相对误差均小于3%,而RP-3-A、RP-3-B、RP-3-G和RP-3-H模型的平均分子量和碳氢摩尔比与实际燃料相差较大.

将这八种替代模型分别在p=2.02×105Pa,ϕ= 1.0;p=2.02×105Pa,ϕ=2.0和p=4.04×105Pa,ϕ=1.0的条件下模拟了激波管点火延时随温度的变化,并与唐洪昌等16实验结果相比较;八组替代模型在不同条件下模拟的点火延时相对误差列于表3中,由表3可知,RP-3-A、RP-3-B、RP-3-H的平均相对点火误差较大,且RP-3-A、RP-3-B、RP-3-G、RP-3-H的最大相对误差较大;表4给出了RP-3-C、RP-3-D、RP-3-E和RP-3-F四种替代模型在各温度下模拟的点火延时和对应的实验值,可知这四组模型的模拟结果比较接近,并与实验值差别较小;而RP-3-A、RP-3-B、RP-3-G和RP-3-H四种模型的模拟结果与其余四种相差较大,图4描述了RP-3-A、RP-3-B、RP-3-G、RP-3-H和RP-3-F五种模型的模拟结果,由图4可知,五组模型的平均相对分子质量大小顺序为RP-3-A＞RP-3-B＞RP-3-F＞RP-3-G＞RP-3-H,随着平均相对分子质量的减小,点火延时增加.

表3 RP-3煤油替代模型模拟的点火延时相对误差Table 3 Relative errors of the simulated ignition delay time for RP-3 kerosene surrogate models

综合对图4、表3和表4的分析,RP-3-C、RP-3-D、RP-3-E和RP-3-F四组模型的点火延时均在可接受的范围内.在表2中RP-3-C、RP-3-D、RP-3-E、RP-

3-F四组的平均相对分子量最大相对误差为2.8%,碳氢摩尔比的最大相对误差为2.9%,因此可以推断,替代模型的平均相对分子量和碳氢摩尔比的相对误差在3%之内,对点火延时的影响可以忽略.在选取替代模型时,首先排除相对误差较大的RP-3-A、RP-3-B、RP-3-G、RP-3-H四组;虽然RP-3-C、RP-3-D、RP-3-E和RP-3-F四组模型的点火延时比较接近,但考虑到不同类型的烃在煤油中的作用不同,如芳香烃在煤油中对燃烧过程碳烟的生成关系极大,因此,选取各种类型的烃在煤油中的比例与实际煤油最接近的RP-3-C替代模型,即为73.0%(质量分数)正十二烷,14.7%1,3,5-三甲基环己烷,12.3%正丙基苯,该替代燃料的平均相对分子量为154.2,碳氢摩尔比为0.4916.

表4 RP-3煤油替代模型模拟的点火延时与实验值比较Table 4 Comparison of simulated ignition delay times with experimental data for RP-3 kerosene surrogate models

图4 RP-3煤油替代模型模拟的点火延时与实验数据的比较Fig.4 Comparison of simulated ignition delay times with experimental data for RP-3 kerosene surrogate models

4.2 敏感度分析

在图1(b)中,ϕ为0.2时,替代模型的模拟值在高温段与实验值有一定差距,推测是由于极贫油燃烧与其它条件下的燃烧所涉及的关键反应有所不同.为了近一步研究该问题,对该替代模型在压力为2.02×105Pa,温度为1200 K,化学计量比为0.2、1.0以及2.0条件下分析了机理中各反应的敏感度,敏感度系数计算采用Kumar等27的公式

其中,τign(ki)表示i反应的速率常数为ki的点火延时, τign(2ki)表示i反应的速率常数增大一倍的点火延时.反应的敏感度系数为正,说明该反应对点火起抑制作用;反之敏感度系数为负,则起促进作用.结果如图5(a)所示.

图5 各反应对点火延时的敏感度分析Fig.5 Sensitivity analysis of ignition delay time with respect to reactions

由图5(a)可知,该替代模型在极贫油和富油燃烧条件下,影响点火延迟时间的关键反应不尽相同.在化学计量比为0.2、1.0及2.0时,对点火促进作用最大的反应均是H+O2=O+OH.但反应CHO(+ M)=CO+H(+M)(式中M指化学反应中的第三体),在化学计量比为0.2和1.0时,敏感度系数为负,对点火起促进作用,而化学计量比为2.0时,该反应则对点火起抑制作用;而反应H+O2(+M)=HO2(+M), CHO+O2=CO+HO2在化学计量比为0.2时,敏感度系数为正,对点火起抑制作用,而化学计量比为1.0和2.0时,该反应则对点火起促进作用.OH+HO2=H2O+ O2、HO2+O=OH+O2、H2O2+OH=HO2+H2O、CO+OH= CO2+H等反应在极贫油和富油的不同模拟条件下,对点火延时的影响大小也存在着明显的差异,可见,影响极贫油燃烧和富油燃烧点火的关键反应存在差异.图5(a)的敏感度分析显示,影响高温燃烧点火的关键反应主要涉及C0-C4核心机理中的小分子反应,因此推测,可能是因为所使用的核心机理14中,缺少个别在贫油条件(ϕ=0.2)下的反应及反应通道.但是,正如Curran研究组28所述,用实验数据拟合动力学参数得到的完整机理,通过简单地修改某些反应的动力学参数并不能得到与实验数据一致的模拟结果,因而下一步的工作需要对极贫油燃烧下,核心机理中的相关反应作深入的研究.

同时,也考察了在不同压力下,影响点火延时的关键反应.分别在化学计量比为1.0,压力为1.01× 105、2.02×105和4.04×105Pa下对该简化机理中的各反应进行了敏感度分析,结果见图5(b).由图5(b)可知,该机理中影响点火延时的关键反应差异不大,仅有C2H3+O2=CHO+HCHO在压力为4.04×105Pa时,对点火延时的抑制作用明显降低.是因为该反应是化学活化反应,该类反应为压强相关反应,但在核心机理中,该反应未被当做压强相关反应处理.

5 结论

首先用色/质联用手段检测了RP-3航空煤油样品的组成,综合考虑煤油的平均相对分子量、碳氢摩尔比、点火延时相对误差以及各类型烃在煤油中的含量比例等问题,提出了由正十二烷/1,3,5-三甲基环己烷/正丙基苯(73.0%/14.7%/12.3%,质量分数)构成的RP-3航空煤油三组分替代模型;然后用自主研发的机理自动生成程序ReaxGen,构建了RP-3替代燃料的高温燃烧详细机理;为验证机理的合理性,用该替代模型的高温燃烧详细机理模拟了激波管的点火延时,并与RP-3煤油点火延时的实验数据比较,结果表明,点火延时的对数与温度的倒数呈线性关系,这与实验所揭示的规律一致.本详细机理适用于描述RP-3航空煤油在高温、中压下的点火特性,仅在极贫油条件下会出现偏差.

用物质产率分析方法和近似轨迹优化算法方法简化了该详细机理,得到了138个物种、530个反应的替代燃料高温燃烧简化机理,对点火延时的模拟结果显示,简化机理能再现详细机理和半详细机理的点火延时模拟结果.通过对替代模型的组成对点火延时的影响分析发现:平均相对分子量和碳氢摩尔比在3%的差别范围内,对点火延时的影响可以忽略.对该简化机理分析了影响点火延时的关键反应,结果表明:化学计量比相同改变压力时,影响点火延时的关键反应几乎相同,仅有少数压力相关反应在核心机理中未被标注;而压力相同改变化学计量比时,极贫油时对点火延时敏感的关键反应与化学恰当比和富油时的相差较大,可能是因为所使用的核心机理14中,缺少个别在极贫油条件下的反应及反应通道.

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Construction of Autoignition Mechanisms for the Combustion of RP-3 Surrogate Fuel and Kinetics Simulation

XU Jia-Qi1GUO Jun-Jiang2LIUAi-Ke2WANG Jian-Li1TAN Ning-Xin2,*LI Xiang-Yuan2
(1College of Chemistry,Sichuan University,Chengdu 610064,P.R.China;2College of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,P.R.China)

According to a component analysis of RP-3 aviation kerosene and eight surrogatemodels' comparative data,a surrogate model comprising n-dodecane/1,3,5-trimethylcyclohecane/n-propylbenzene (73.0%/14.7%/12.3%,mass fraction)was obtained.Adetailed mechanism for the combustion of RP-3 surrogate fuel at high temperature was developed using an automatic generation software package,ReaxGen.Ignition delay times simulated using this mechanism were compared with experimental data.Adetailed mechanism was reduced by adopting rate-of-production analysis and approximate trajectory optimization algorithm(ATOA) reduced methods.Finally,the sensitivity of ignition delay time was analyzed under conditions of different equivalent ratios and pressures using the reduced mechanism.Differences in key reactions contributing to the ignition delay time were identified at different equivalent ratios.The results indicate that our mechanisms can characterize the ignition delay time during combustion of RP-3 kerosene at high temperature.

RP-3 aviation kerosene;Surrogate fuel;Combustion mechanism;Ignition delay time; Sensitivity analysis

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(91441132).国家自然科学基金(91441132)资助项目

O643

10.3866/PKU.WHXB201503022www.whxb.pku.edu.cn

Received:November 2,2014;Revised:February 8,2015;Published on Web:March 2,2015.∗