一种改性正十六烷碳氢燃料以及调控方法与流程

1.本发明涉及先进航空发动机燃料领域的技术，尤其是涉及一种改性正十六烷碳氢燃料以及调控方法。


背景技术：

2.航空发动机为飞机提供动力，是飞机的心脏，是航空工业的重要支柱。代表了一个国家的科技水平、工业水平和综合国力，是当前我国航空装备研制的重点和难点，也是美、俄、英、法等大国关注的战略核心产品之一。但是飞机高空点火再起动高度严重影响着飞机飞行的性能。通常情况下，决定高空点火的再起动高度上限主要有两个。一是随着高度的增加，发动机推力不足将导致飞机的失速；二是在高空条件下，燃气轮机发动机燃烧室内工况恶劣，不利于燃料稳定燃烧。具体来说，在海拔高度为30000ft时，燃烧室入口对应的极端环境为
‑
20℃。在这种极端的恶劣环境下，燃料的蒸发性能和反应活性大大降低，难以实现燃烧室内的点火和稳燃。总的来说，在低温低压的恶劣工况条件下，碳氢燃料的点火，稳定和燃烧效率都受到燃烧室内相对较低的空气温度和压力的不利影响。最小点火能和点火延迟时间急剧增加，燃料燃烧特性的恶化使得点火性能变差。大多数化学反应的速率随温度而变化，反应速率随温度降低呈指数下降。这些温度的依赖性导致燃料反应速率大大降低，限制了高空点火的可靠性并降低了火焰燃烧的稳定极限。如何可以有效地促进碳氢燃料低温燃烧是一个亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种改性正十六烷碳氢燃料以及调控方法，该发明解决了碳氢燃料低温点火调控困难的问题，可为解决先进航空发动机恶劣工况下点火问题提供解决方案。
4.本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：
5.一种改性正十六烷碳氢燃料，包括正十六烷和添加剂。
6.作为进一步的技术方案，所述的添加剂是三乙基硼、三乙胺或经络合反应生成的三乙基硼
‑
三乙胺络合物。正十六烷为基体碳氢燃料，络合反应获得的三乙基硼
‑
三乙胺络合物为添加剂，将基体碳氢燃料和添加剂均匀混合，即能高效的降低碳氢燃料点火温度同时也降低其点火延迟时间。所述的改性环烷烃碳氢燃料为正十六烷和三乙基硼
‑
三乙胺的混合燃料。
7.作为进一步的技术方案，正十六烷体积分数为97％
‑
99％，添加剂的体积分数分别为1％
‑
3％。
8.作为进一步的技术方案，正十六烷体积分数为97％，添加剂的体积分数分别为3％。
9.作为进一步的技术方案，正十六烷体积分数为98％，添加剂的体积分数分别为2％。
10.作为进一步的技术方案，正十六烷体积分数为99％，添加剂的体积分数分别为1％。
11.作为进一步的技术方案，所述的经络合反应的三乙基硼
‑
三乙胺络合物中：三乙胺的体积百分含量为56％，三乙基硼的体积百分含量为44％。
12.一种改性正十六烷碳氢燃料的调控方法，该方法包括：
13.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％
‑
99％；
14.步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入三乙基硼，体积百分含量为1％
‑
3％；
15.步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
16.一种改性正十六烷碳氢燃料的调控方法，该方法包括：
17.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％
‑
99％；
18.步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为1％
‑
3％；
19.步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
20.一种改性正十六烷碳氢燃料的调控方法，该方法包括：
21.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为56％；
22.步骤二、向上述添加了三乙胺的燃料罐中述缓慢逐步滴入三乙基硼，体积百分含量为44％；
23.步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的三乙胺和三乙基硼充分发生络合反应，反应时间为30min；
24.步骤四、向通入氮气保护的空燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％
‑
99％；
25.步骤五、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入制备好的三乙基硼
‑
三乙胺络合物，体积百分含量为1％
‑
3％；
26.步骤六、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
27.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
28.1、本发明方法所得的改性碳氢燃料具有物理形态稳定，无分层，燃料常温环境下与空气接触具有良好的安定性等优点，通过对十六烷化学性质调控实现对改性液态碳氢燃料低温点火特性的高效调节，操作简单，实用性强。
29.2、本发明提出通过经过络合反应获得的添加剂来改性直链烷烃碳氢燃料，促进其在低温条件下可靠点火和稳定燃烧。所选经络合反应获得的添加剂可溶解在液态碳氢燃料中，并能够高效地调节碳氢燃料的点火温度和点火延迟时间。制备的改性燃料具有形态稳定，无分层，常温环境下与空气接触安定性良好等优点，制备工艺具有操作简单，实用性强等特点。
附图说明
30.图1是添加剂对于正十六烷液滴在热板上着火温度图；
31.图2是添加剂对于正十六烷液滴在热板上不同温度的点火延迟时间图；
32.图3是三乙基硼和合成络合物添加剂在室温环境安定性测试示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
34.实施例1
35.本实施例提供一种改性正十六烷碳氢燃料以及调控方法，通过申请人研究发现，通过选择合适的添加剂，可以有效地促进碳氢燃料低温燃烧。本实施例的改性正十六烷碳氢燃料包括正十六烷和添加剂。添加剂为三乙基硼。
36.本实施例按如下比例配置改性正十六烷：
37.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％；
38.步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入三乙基硼，体积百分含量为3％；
39.步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
40.本实施例采用热板实验装置测量三乙基硼/正十六烷在热板上的点火特性来说明含有三乙基硼的正十六烷的点火温度未被调节，和纯正十六烷点火温度相同均为605℃，点火延迟时间未被降低，为2138ms。
41.实施例2
42.本实施例提供一种改性正十六烷碳氢燃料以及调控方法，通过申请人研究发现，通过选择合适的添加剂，可以有效地促进碳氢燃料低温燃烧。本实施例的改性正十六烷碳氢燃料包括正十六烷和添加剂。添加剂为三乙胺。
43.本实施例按如下比例配置改性正十六烷：
44.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％；
45.步骤二、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为3％；
46.步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
47.本实施例采用热板实验装置测量三乙胺/正十六烷在热板上的点火特性来说明含有三乙胺的正十六烷的点火温度略微别调节，从605℃下降至500℃，点火延迟时间也明显被降低至187ms。
48.实施例3
49.本实施例以及实施例4、5碳氢燃料低温点火特性调控机理在于：通过络合反应合成络合添加剂，该新型络合添加剂能高效降低正十六烷着火温度和点火延迟时间，并在常温有氧的条件下具有安定性。因此，本发明涉及一种合成常温稳定且能够高效的促进液态烷烃低温点火调节的络合添加剂，从而实现液态烷烃的低温点火性能提升，为解决先进航空发动机恶劣工况下点火问题提供新途径。本实施例的改性正十六烷碳氢燃料包括正十六烷和添加剂。添加剂为经络合反应的三乙基硼
‑
三乙胺络合物。
50.本实施例按如下比例配置改性正十六烷：
51.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为56％；
52.步骤二、向上述添加了三乙胺的燃料罐中述缓慢逐步滴入三乙基硼，体积百分含量为44％；步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的三乙胺和三乙基硼充分发生络合反应，反应时间为30min；
53.步骤四、向通入氮气保护的空燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为99％；
54.步骤五、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入制备好的三乙基硼
‑
三乙胺络合物，体积百分含量为1％；
55.步骤六、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
56.本实施例采用热板实验装置测量含1％三乙基硼
‑
三乙胺/正十六烷在热板上的点火特性来说明含有含1％络合物对正十六烷起到点火特性调控的效果，点火温度为230℃，点火延迟时间为604ms。
57.实施例4
58.本实施例的改性正十六烷碳氢燃料包括正十六烷和添加剂。添加剂为经络合反应的三乙基硼
‑
三乙胺络合物。
59.本实施例按如下比例配置改性正十六烷：
60.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为56％；
61.步骤二、向上述添加了三乙胺的燃料罐中述缓慢逐步滴入三乙基硼，体积百分含量为44％；步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的三乙胺和三乙基硼充分发生络合反应，反应时间为30min；
62.步骤四、向通入氮气保护的空燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为98％；
63.步骤五、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入制备好的三乙基硼
‑
三乙胺络合物，体积百分含量为2％；
64.步骤六、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
65.本实施例采用热板实验装置测量含2％三乙基硼
‑
三乙胺/正十六烷在热板上的点火特性来说明含有含2％络合物对正十六烷起到点火特性调控的效果，点火温度为213℃，点火延迟时间为369ms。
66.实施例5
67.本实施例的改性正十六烷碳氢燃料包括正十六烷和添加剂。添加剂为经络合反应的三乙基硼
‑
三乙胺络合物。
68.本实施例按如下比例配置改性正十六烷：
69.步骤一、向通入氮气保护的燃料罐中加入三乙胺，体积百分含量为56％；
70.步骤二、向上述添加了三乙胺的燃料罐中述缓慢逐步滴入三乙基硼，体积百分含量为44％；步骤三、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的三乙胺和三乙基硼充分发生络合反应，反应时间为30min；
71.步骤四、向通入氮气保护的空燃料罐中加入正十六烷，体积百分含量为97％；
72.步骤五、向上述添加了正十六烷的燃料罐中加入制备好的三乙基硼
‑
三乙胺络合物，体积百分含量为3％；
73.步骤六、通过磁力搅拌方式使燃料罐中的液体均匀混合。
74.本实施例采用热板实验装置测量含3％三乙基硼
‑
三乙胺/正十六烷在热板上的点火特性来说明含有含3％络合物对正十六烷起到点火特性调控的效果，点火温度为185℃，点火延迟时间为289ms。
75.如图1所示，本实施例的技术效果具体为：与纯正十六烷相比，含有3％硼烷
‑
三乙胺的正十六烷的最小着火壁面温度从605℃下降至185℃，直链烷烃的低温点火性能得到了有效的提升。
76.如图2所示，本实施例的技术效果具体为：硼烷
‑
三乙胺的正十六烷点火延迟时间明显得到降低，从纯正十六烷的1380ms(605℃)下降至14ms(215℃)。
77.如图3所示，本实施例的技术效果具体为：三乙基硼常温自燃，经络合反应生成的三乙基硼
‑
三乙胺络合物室温环境下安定性得到了明显的提升。
78.以上利用三乙基硼和三乙胺经络合反应后形成三乙基硼
‑
三乙胺络合物调控直链烷烃碳氢燃料的点火温度为本发明独创、从未被公开且其工作方式与任何现有文献记载均不相同的是：利用合成的三乙基硼
‑
三乙胺络合物对正十六烷的低温点或特性的调节。
79.所述的三乙基硼
‑
三乙胺络合物促进正十六烷低温点火特性技术细节具体为：一、添加三乙基硼
‑
三乙胺络合物高效促进正十六烷的低温点火温度的下降；二、添加三乙基硼
‑
三乙胺络合物明显降低正十六烷的点火延迟时间。利用经络合反应生成的三乙基硼
‑
三乙胺络合物的低温促进效果能够明显的提升正构烷烃的点火性能。
80.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。