劉筱璇，謝圣榮，李?星，汪小憨

微管流動(dòng)反應(yīng)器中大分子直鏈烷烴著火特性

劉筱璇1, 2，謝圣榮1, 3，李?星1，汪小憨1

(1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)納米學(xué)院，蘇州 215123；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

利用實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算研究了當(dāng)量比為1的正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十四烷和正十六烷/空氣混合氣在具有確定溫度邊界微管流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)的著火特性．研究分析了幾種直鏈烷烴低流速弱火焰在0.1～0.5MPa壓力下的火焰結(jié)構(gòu)、熱釋放率及反應(yīng)特性．計(jì)算結(jié)果表明幾種典型單組分燃料有相似的火焰結(jié)構(gòu)．其弱火焰呈現(xiàn)冷焰、藍(lán)焰和熱焰這3個(gè)反應(yīng)階段．隨壓力增加，冷焰位置未出現(xiàn)顯著偏移，藍(lán)焰位置向低溫段移動(dòng)，熱焰向高溫段偏移．以正癸烷為對(duì)象深入分析了壓力對(duì)高碳直鏈烷烴弱火焰各階段反應(yīng)特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)壓力增大時(shí)，冷焰熱釋放貢獻(xiàn)率增大，熱焰熱釋放貢獻(xiàn)率減?。?/p>

大分子直鏈烷烴；著火特性；微管流動(dòng)反應(yīng)器；壓力；數(shù)值計(jì)算

航空煤油品質(zhì)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能具有重要影響，世界各國(guó)航空煤油的組分具有一定的差別[1-3].由于航空煤油成分的復(fù)雜性，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于航空煤油組成結(jié)構(gòu)及燃燒機(jī)理的相關(guān)研究還不夠完善．航空煤油替代組分的建立及研究對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制及航空煤油品質(zhì)管控具有重要指導(dǎo)意義．

近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)航空煤油著火和燃燒特性進(jìn)行了研究并提出多種航空煤油替代燃料[4-12]．曾文等[4]提出了摩爾分?jǐn)?shù)80%正癸烷與20%三甲基苯的Jet A-1替代燃料，并對(duì)該替代燃料在激波管中的著火延遲特性及在預(yù)混燃燒爐和預(yù)混攪拌反應(yīng)器中的預(yù)混燃燒過程進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算．Patterson等[5]采用摩爾分?jǐn)?shù)分別為 89%的正癸烷與11%的甲苯作為Jet A-1的替代燃料，對(duì)其在噴射攪拌反應(yīng)器和預(yù)混平板火焰中的燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬．Dagaut等[6]用正癸烷(74%，體積分?jǐn)?shù))、丙基苯(15%)、丙基環(huán)己烷(11%)組成Jet A-1的三組分替代燃料，計(jì)算了燃料在射流攪拌反應(yīng)器(JSR)中燃燒的物種濃度并構(gòu)建燃燒機(jī)理．肖保國(guó)等[7]提出了79%(摩爾分?jǐn)?shù))正癸烷、13%三甲基環(huán)己烷和8%己基苯的三組分替代燃料，并計(jì)算了RP-3航空煤油在等容條件下的點(diǎn)火延遲時(shí)間．劉宇等[8-9]構(gòu)建了65%(摩爾分?jǐn)?shù))正癸烷、10%甲苯和25%丙基環(huán)己烷的三組分RP-3替代燃料并在激波管和定容燃燒彈中對(duì)其著火與燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值研究．徐佳琪等[10]提出了73.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))正十二烷，14.7% 1，3，5-三甲基環(huán)己烷，12.3%正丙基苯作為RP-3航空煤油的三組分替代模型，同時(shí)在激波管中對(duì)其著火延遲進(jìn)行了研究．Zhang等[11]提出了88.7%(摩爾分?jǐn)?shù))正癸烷和11.3% 1，2，4-三甲基苯的RP-3雙組分替代燃料，并通過數(shù)值計(jì)算研究了不同溫度及壓力下的著火延遲特性．鄭東等[12]提出了摩爾分?jǐn)?shù)40%正癸烷、42%正十二烷、13%乙基環(huán)己烷和5%對(duì)二甲苯的四組分RP-3航空煤油替代燃料模型，并研究了其著火延遲特性．Cathorment等[13]用78%(摩爾分?jǐn)?shù))正癸烷、9.8%環(huán)己烷和12.2%甲苯組成的替代燃料模擬了JP-8在JSR中的燃燒特性．

以上相關(guān)研究建立的替代燃料模型多由正構(gòu)烷烴、支鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等構(gòu)成，且直鏈烷烴的占比較大．直鏈烷烴的相關(guān)著火及燃燒性能對(duì)所構(gòu)建的航空煤油模型有重要的作用[14-16]．因此掌握大分子直鏈烷烴燃燒特性對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制及航空煤油組分配比具有重要指導(dǎo)意義．

燃料混合物著火性能是反映燃料燃燒特性的一項(xiàng)重要參數(shù)．傳統(tǒng)的研究中利用激波管和快壓機(jī)來獲取燃料混合物的著火延遲時(shí)間．近年來一些日本學(xué)者[17-21]發(fā)展了具有確定溫度邊界微管流動(dòng)反應(yīng)器來研究燃料的燃燒和著火特性．理論研究表明，在低流速下，溫度分布可控的微管流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)的弱火焰可以等同于燃料的著火過程[17]．且微管流動(dòng)反應(yīng)器裝置具有溫度范圍穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)環(huán)境理想，燃料質(zhì)量流量小等特點(diǎn)，可以很好地研究燃料在低流速下的著火特性[18-21]．

本研究采用具有確定溫度邊界的微管流動(dòng)反應(yīng)器模型對(duì)正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十四烷和正十六烷(以下分別簡(jiǎn)稱為nC10、nC11、nC12、nC14和nC16)5種生物質(zhì)航空煤油中大分子直鏈烷烴著火特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及數(shù)值研究，并以正癸烷為對(duì)象深入研究分析壓力對(duì)高碳直鏈烷烴著火過程及反應(yīng)特性的影響．

1?實(shí)驗(yàn)裝置及原理

具有確定溫度邊界微管流動(dòng)反應(yīng)器的裝置示意圖如圖1所示．其反應(yīng)器主體采用外徑4mm、內(nèi)徑2mm的石英管，通過H2/空氣預(yù)混火焰對(duì)微型圓管進(jìn)行加熱．由于石英低導(dǎo)熱系數(shù)和大比熱特性，在外部熱源的作用下石英管內(nèi)壁面沿流動(dòng)方向形成由初始溫度(400～500K)到1300K的一個(gè)溫度分布．采用直徑為50μm的K型熱電偶對(duì)溫度分布進(jìn)行測(cè)量．將當(dāng)量比()為1的幾種大分子直鏈烷烴/空氣混合氣以低流速通入微管內(nèi)，采用配有CH濾鏡的單反相機(jī)對(duì)火焰進(jìn)行長(zhǎng)曝光拍照．燃料混合物在固體壁面加熱作用下逐漸升溫并發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，通過火焰化學(xué)發(fā)光來獲得各反應(yīng)階段的位置．

圖1?實(shí)驗(yàn)裝置示意

2?計(jì)算方法及模型驗(yàn)證

2.1?計(jì)算方法

采用了基于PREMIX的預(yù)混一維穩(wěn)態(tài)計(jì)算程序[19,22]，并結(jié)合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理對(duì)具有確定溫度邊界微管流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)混合物著火過程進(jìn)行數(shù)值研究，基本控制方程如下所示：

2.2?模型驗(yàn)證

通過實(shí)驗(yàn)獲得了＝1、＝3cm/s時(shí)nC10、nC12和nC163種燃料混合物弱火焰圖像，圖2(a)和2(b)分別為弱火焰圖像及火焰中心位置無量綱光強(qiáng)分布．可見溫度由低到高的過程中，大分子烷烴弱火焰呈現(xiàn)冷焰、藍(lán)焰和熱焰三個(gè)氧化過程．將三階段火焰位置所處溫度提取出來，并與數(shù)值計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示．其中實(shí)線為計(jì)算所得的熱釋放率曲線，短劃線為本研究實(shí)驗(yàn)值．對(duì)比可見當(dāng)前數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好．

圖2 nC10、nC12和nC16弱火焰圖像及火焰中心位置無量綱光強(qiáng)分布

圖3 nC10、nC12及nC16火焰位置計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

3?不同燃料著火特性比較

3.1?nC10～nC16大分子直鏈烷烴弱火焰結(jié)構(gòu)

圖4為壓力0.1MPa時(shí)nC10～nC16弱火焰結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算結(jié)果．熱釋放率HRR曲線及組分分布結(jié)果表明在常壓下nC10～nC16單組分燃料的弱火焰結(jié)構(gòu)相似，其反應(yīng)區(qū)域較長(zhǎng)，燃料的消耗集中在第一和第二階段．O2和燃料的消耗摩爾分?jǐn)?shù)在第一階段急劇降低，隨后在第二和第三階段緩慢降低．CH2O及H2O2摩爾分?jǐn)?shù)峰值在冷焰及藍(lán)焰之間，CH4及CO摩爾分?jǐn)?shù)峰值在藍(lán)焰與熱焰之間．

圖4?壓力為0.1MPa時(shí)的不同燃料弱火焰結(jié)構(gòu)

3.2?nC10～nC16大分子直鏈烷烴弱火焰熱釋放特性

熱釋放率能夠有效反映火焰內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)特性，對(duì)研究比較燃料的著火能力和反應(yīng)特性有重要指導(dǎo)意義．通過數(shù)值計(jì)算得到了nC10～nC16在0.1～0.5MPa時(shí)的熱釋放率曲線，如圖5所示．計(jì)算結(jié)果表明，5種直鏈烷烴單組分的熱釋放率曲線變化形勢(shì)一致．且各單組分弱火焰中的冷焰和藍(lán)焰的熱釋放率峰值隨壓力的升高而增大，而熱焰的熱釋放率峰值隨壓力的升高先增大后減?。?/p>

圖5?nC10～nC16弱火焰的熱釋放率曲線

為進(jìn)一步探究壓力對(duì)各階段基本反應(yīng)特性的影響，比較了5種大分子直鏈烷烴對(duì)應(yīng)三階段火焰熱釋放峰值位置，如圖6所示．計(jì)算結(jié)果表明對(duì)于一種特定燃料，隨著壓力的升高冷焰熱釋放率峰值位置移動(dòng)不明顯，藍(lán)焰峰值位置向低溫階段偏移，熱焰峰值位置向高溫階段偏移．

圖6?壓力對(duì)nC10～nC16弱火焰熱釋放峰值位置的影響

4?壓力對(duì)正癸烷著火過程及反應(yīng)特性的影響

以上研究結(jié)果表明各單組分直鏈烷烴的火焰結(jié)構(gòu)、熱釋放率、各階段熱釋放率峰值位置等著火特性均有相似的分布及變化規(guī)律．因此選用結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的nC10為對(duì)象深入研究分析壓力對(duì)高碳直鏈烷烴著火過程及反應(yīng)特性的影響．

4.1?壓力對(duì)弱火焰結(jié)構(gòu)的影響

圖7為nC10在0.1MPa、0.3MPa和0.5MPa時(shí)的弱火焰計(jì)算結(jié)果，隨著壓力的增加，在冷焰部分正癸烷與O2的消耗速率增加，CO、CH4及H2O的生成速率增加；對(duì)比可見壓力升高CH2O和H2O2生成量及生成速率均增加，促進(jìn)冷焰和藍(lán)焰階段的熱釋放強(qiáng)度，反應(yīng)物消耗速率增加；低壓時(shí)的CH2O和H2O2曲線分布范圍較寬，峰值較低；高壓時(shí)CH2O和H2O2分布區(qū)域相對(duì)減小，而峰值增大；同時(shí)可見不同壓力時(shí)火焰結(jié)構(gòu)分布規(guī)律基本一致．

4.2?壓力對(duì)熱釋放率的影響

為了進(jìn)一步研究壓力對(duì)大分子直鏈烷烴著火特性的影響，對(duì)比了nC10在0.1～0.5MPa時(shí)各階段的熱釋放率占總熱釋放的比率，其結(jié)果如圖8所示．對(duì)比結(jié)果表明幾個(gè)不同壓力條件下，冷焰和藍(lán)焰的熱釋放貢獻(xiàn)率較低，熱焰的熱釋放貢獻(xiàn)率較高．隨著壓力的增大，冷焰的熱釋放貢獻(xiàn)率增大，熱焰的熱釋放貢獻(xiàn)率減?。?/p>

4.3?壓力對(duì)各階段反應(yīng)特性的影響

對(duì)不同壓力下冷焰階段的反應(yīng)路徑進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖9所示．0.1MPa壓力時(shí)冷焰階段nC10發(fā)生一系列裂解氧化反應(yīng)，生成C5H11CO、CH2O、C3H6等小分子，C5H11CO繼續(xù)裂解氧化最終生成大量CH2O和H2O．0.3MPa時(shí)路徑中各主要反應(yīng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，并多出C3H6→CH4和CO→CH3兩個(gè)主要路徑，促進(jìn)了CH2O生成．0.5MPa時(shí)各主要反應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，C2H4轉(zhuǎn)化活躍，其主要反應(yīng)途徑由C2H4＋OH→C2H3轉(zhuǎn)變?yōu)镃2H4＋OH→H2O，促進(jìn)H2O的生成，因此冷焰階段熱釋放強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)．

圖8 不同壓力下nC10弱火焰中各階段的熱釋放貢獻(xiàn)率

圖10為不同壓力下藍(lán)焰階段的反應(yīng)路徑，該階段0.1MPa時(shí)主要發(fā)生C3H6小分子的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，最終生成大量CH4、CO、H2O和少量CO．在高壓下燃料的消耗強(qiáng)度增加，CH3O＋M→CH2O、HCO→CO、CO→CO2的反應(yīng)通量明顯增加；C10H22和CH2O消耗路徑增加，促進(jìn)CH4、CO、H2O等的生成；同時(shí)加速OH的消耗，藍(lán)焰熱釋放強(qiáng)度加強(qiáng)．0.5MPa時(shí)HCO＋O2→CO反應(yīng)通量進(jìn)一步增加，nC10H21消耗路徑增加，熱釋放強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)．藍(lán)焰的峰值位置隨壓力增加向低溫區(qū)偏移，熱釋放貢獻(xiàn)率增大．

熱焰階段不同壓力下的主要反應(yīng)路徑如圖11所示．該階段0.1MPa時(shí)CH3和CH2O轉(zhuǎn)化活躍，最終生成大量CO2和H2O．其中CH2O主要生成途徑有CH3→CH3OH→CH2OH→CH2O以及CH3→CH2OH→CH2O，間接促進(jìn)CH2O的生成．在0.3MPa時(shí)CO＋O2→CO2反應(yīng)通量明顯增加，CH3→CH2O路徑簡(jiǎn)單化且通量增加，CH4消耗途徑增加，促進(jìn)CO2和H2O生成，熱焰熱釋放強(qiáng)度增強(qiáng)，峰值位置向高溫區(qū)移動(dòng)．0.5MPa下CH3向CH4轉(zhuǎn)化路徑增多，H2＋OH→H2O的反應(yīng)通量增加而CO＋O2→CO2的反應(yīng)通量減小，同時(shí)放熱反應(yīng)強(qiáng)度減小而吸熱反應(yīng)增強(qiáng)，故隨壓力增加熱焰熱釋率峰值先加強(qiáng)后減弱，峰值位置向高溫區(qū)移動(dòng)．

圖10?nC10的藍(lán)焰階段的反應(yīng)路徑

圖11?nC10弱火焰熱焰階段的反應(yīng)路徑

5?結(jié)?論

對(duì)當(dāng)量比為1的nC10～nC16/空氣混合氣在微管流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)低流速下的著火特性進(jìn)行了數(shù)值研究．通過對(duì)火焰結(jié)構(gòu)、熱釋放率曲線及主要反應(yīng)路徑的分析，得到以下結(jié)論．

(1) nC10～nC16直鏈烷烴有相似的弱火焰結(jié)構(gòu)，溫度由低到高呈現(xiàn)冷焰、藍(lán)焰和熱焰3個(gè)著火階段；幾種直鏈烷烴弱火焰3個(gè)階段峰值位置隨壓力升高變化一致，即冷焰位置未出現(xiàn)顯著偏移，藍(lán)焰位置向低溫段移動(dòng)，熱焰向高溫段偏移．

(2) 不同壓力下nC10弱火焰結(jié)構(gòu)的研究分析表明，冷焰階段nC10發(fā)生一系列裂解氧化反應(yīng)，且隨壓力增加，冷焰的熱釋放強(qiáng)度和產(chǎn)物生成速率增強(qiáng)，熱釋放貢獻(xiàn)率增大．

(3) 隨壓力增大，藍(lán)焰熱釋放強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)物生成速率增加，峰值位置向低溫反應(yīng)階段移動(dòng)．

(4) 三階段熱焰的熱釋放強(qiáng)度隨壓力升高先增強(qiáng)后減弱，熱釋放貢獻(xiàn)率減小，峰值位置向高溫反應(yīng)階段移動(dòng)．

［1］ Violi A，Yan S，Eddings E G，et al. Experimental for-mulation and kinetic model for JP-8 surrogate mix-tures[J].，2002，174(11/12)：399-417.

［2］ Dooley S，Won S H，Heyne J，et al. The experimental evaluation of a methodology for surrogate fuel formula-tion to emulate gas phase combustion kinetic phenomena[J].，2012，159(4)：1444-1466.

［3］ 鄭?東，鐘北京. 異辛烷/正庚烷/乙醇三組分燃料著火的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28(9)：2029-2036.

Zheng Dong，Zhong Beijing. Chemical dynamics model of isooctane/n-heptane/ethanol fuel ignition[J].，2012，28(9)：2029-2036(in Chinese).

［4］ 曾?文，陳瀟瀟，劉靜忱，等. Jet A-1 航空煤油替代燃料的著火與燃燒特性[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2012，18(6)：515-520.

Zeng Wen，Chen Xiaoxiao，Liu Jingchen，et al. Igni-tion and combustion characteristics of a surrogate fuel for Jet A-1 kerosene[J].，2012，18(6)：515-520(in Chinese).

［5］ Patterson P M，Kyne A G，Pourkhashanian M，et al. Combustion of kerosene in counterflow diffusion flames[J].，2000，16(2)：453-460.

［6］ Dagaut P，Reuillon M，Boettner J C，et al. On the kinetics of hydrocarbons oxidation from natural gas to kerosene and diesel fuel[J].，2002，4(11)：2079-2094.

［7］ 肖保國(guó)，楊順華，趙慧勇，等. RP-3航空煤油燃燒的詳細(xì)和簡(jiǎn)化化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2010，25(9)：1948-1955.

Xiao Baoguo，Yang Shunhua，Zhao Huiyong，et al. Detailed and reduced chemical kinetic mechanisms for RP-3 aviation kerosene combustion[J].，2010，25(9)：1948-1955(in Chinese).

［8］ 劉?宇，曾?文，馬洪安，等. RP-3航空煤油3組分模擬替代燃料燃燒反應(yīng)機(jī)理[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2016，31(9)：2055-2064.

Liu Yu，Zeng Wen，Ma Hongan，et al. Combustion reaction mechanism of three-component simulation surrogate fuel for RP-3 kerosene[J].，2016，31(9)：2055-2064(in Chinese).

［9］ 曾?文，李海霞，馬洪安，等. RP-3航空煤油模擬替代燃料的化學(xué)反應(yīng)詳細(xì)機(jī)理[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2014，29(12)：2810-2816.

Zeng Wen，Li Haixia，Ma Hongan，et al. Detailed chemical reaction mechanism of surrogate fuel for RP-3 kerosene[J].，2014，29(12)：2810-2816(in Chinese).

［10］ 徐佳琪，郭俊江，劉愛科，等. RP-3替代燃料自點(diǎn)火燃燒機(jī)理構(gòu)建及動(dòng)力學(xué)模擬[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2015，31(4)：643-652.

Xu Jiaqi，Guo Junjiang，Liu Aike，et al. Construction and dynamics simulation of self-ignition combustion mechanism of RP-3 alternative fuel[J].，2015，31(4)：643-652(in Chinese).

［11］ Zhang C，Li B，Rao F，et al. A shock tube study of the autoignition characteristics of RP-3 jet fuel[J].，2015，35(3)：3151-3158.

［12］ 鄭?東，于維銘，鐘北京，等. RP-3航空煤油替代燃料及其化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2015，31(4)：636-642.

Zheng Dong，Yu Weiming，Zhong Beijing，et al. Dynamic model of RP-3 aviation kerosene alternative fuel and its chemical reaction[J].，2015，31(4)：636-642(in Chinese).

［13］ Cathorment M，Voisin D，Etsordi A，et al. Kerosene combustion modeling using detailed and reduced chemical kinetic mechanisms[C]//14，，，. Lisbon，Portugal，1998：1-9.

［14］ Pitz W J，Mueller C J. Recent progress in the development of diesel surrogate fuels[J].，2011，37(3)：330-350.

［15］ 禹?進(jìn)，余彬彬，于佳佳. RP-3航空煤油綜合替代燃料模型構(gòu)建[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2020，35(4)：673-681.

Yu Jin，Yu Binbin，Yu Jiajia. Construction of RP-3 aviation kerosene comprehensive alternative fuel model [J].，2020，35(4)：673-681(in Chinese).

［16］ 李法社，王承志，王文超，等. 生物質(zhì)燃油燃燒特性分析[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2020，26(2)：169-175.

Li Fashe，Wang Chengzhi，Wang Wenchao，et al. Analysis of biomass fuel combustion characteristics[J].，2020，26(2)：169-175(in Chinese).

［17］ Minaev S，Maruta K，F(xiàn)ursenko R. Nonlinear dynamics of flame in a narrow channel with a temperature gradi-ent[J].，2007，11(2)：187-203.

［18］ Yamamoto A，Oshibe H，Nakamura H，et al. Stabi-lized three-stage oxidation of gaseous n-heptane/air mix-ture in a micro flow reactor with a controlled temperature profile[J].，2011，33(2)：3259-3266.

［19］ Hori M，Yamamoto A，Nakamura H，et al. Study on octane number dependence of PRF/air weak flames at 0.1—0.5MPa in a micro flow reactor with a controlled temperature profile[J].，2012，159(3)：959-967.

［20］ Hori M，Nakamura H，Tezuka T，et al. Characteristics of n-heptane and toluene weak flames in a micro flow re-actor with a controlled temperature profile[J].，2013，34(2)：3419-3426.

［21］ Suzuki S，Hori M，Nakamura H，et al. Study on cetane number dependence of diesel surrogates/air weak flames in a micro flow reactor with a controlled tempera-ture profile[J].，2013，34(2)：3411-3417.

［22］ Kee R J，Grcar J F，Smooke M D，et al. PREMIX：A Fortran Program for Modeling Steady Laminar One-Dimensional Premixed Flames[R]. USA：Sandia Na-tional Laboratories：Report No. SAND85-8240，1985.

［23］ Maruta K，Kataoka T，Minaev S，et al. Characteristics of combustion in a narrow channel with a temperature gradient[J].，2005，30(2)：2429-2436.

［24］ 常亞超，賈?明，劉耀東，等. 基于解耦法構(gòu)建柴油表征燃料的骨架機(jī)理[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào)，2014，35(12)：2521-2525.

Chang Yachao，Jia Ming，Liu Yaodong，et al. Framework mechanism of diesel characterized fuel based on decoupling method[J].，2014，35(12)：2521-2525(in Chinese).

［25］ 常亞超. 基于解耦法的柴油和生物柴油表征燃料骨架反應(yīng)機(jī)理研究[D]. 大連：大連理工大學(xué)，2016.

Chang Yachao. Study on the Reaction Mechanism of Diesel and Biodiesel Characterized by Decoupling Method[D]. Dalian：Dalian University of Technology，2016(in Chinese).

Ignition Characteristics of Straight Chain Alkanes in Micro Flow Reactor

Liu Xiaoxuan1, 2，Xie Shengrong1, 3，Li Xing1，Wang Xiaohan1

(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China；2. Nano Science and Technology Institute，University of Science and Technology of China，Suzhou 215123，China；3. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

The ignition characteristics of stoichiometric n-decane，n-undecane，n-dodecane，n-tetradecane and n-cetane/air mixtures in a micro flow reactor with a controlled temperature profile were studied experimentally and numerically. The mixtures were fixed at a low inlet flow velocity and the pressure varied from 0.1 to0.5MPa. The flame structure，heat release rate and reaction characteristics of the fuels were investigated. The results reveal that the weak flames at a low flow velocity of the fuels show a similar structure. The weak flames of those fuels show three stages in oxidation processes，which are cool flame，blue flame and hot flame. With the increase of pressure，the position of the cool flame shows no remarkable change，the blue flame shifts to the low temperature region，and the hot flame shifts to the high temperature segment. The oxidation processes of the stoichiometric n-decane/air mixture was analyzed in detail to interpret the effect of pressure on the ignition characteristics of straight chain alkanes. It was found that the contribution of cool flame to the overall heat release increases with the increasing pressure，while that of hot flame decreases.

large molecular straight chain alkane；ignition characteristics；micro-flow reactor；pressure；numerical calculation

TK6

A

1006-8740(2022)02-0206-08

10.11715/rskxjs.R202202023

2021-04-14.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2018YFB1501500).

劉筱璇（1996—??），女，碩士，lxx722@mail.ustc.edu.cn.

李?星，男，博士，副研究員，lixing@ms.giec.ac.cn.

(責(zé)任編輯：梁?霞)