航空煤油的燃烧放热过程直接决定了发动机工作状态与排放水平。通过建立航空煤油的反应动力学模型可以深入理解其具体反应过程，从而为提升燃烧效率和污染物源头抑制提供理论基础。RP-3航空煤油是我国使用最广泛的军民两用航空燃料，因其组成复杂，在进行反应动力学模型研究时需要借助模型燃料进行普适性研究。芳烃燃料是RP-3模型燃料的重要组成部分，研究芳烃燃料对理解燃烧过程中燃料消耗和碳烟污染物的形成有重要意义。三甲苯是RP-3航空煤油模型燃料中的代表性芳烃组分，主要包括1,3,5-三甲苯(T135MB)和1,2,4-三甲苯(T124MBZ)。国内外针对1,3,5-三甲苯和1,2,4-三甲苯反应动学实验研究，目前主要集中在着火延迟时间、层流火焰传播速度和常压反应中间组分测量，缺乏与实际发动机工作状态接近的高压组分测量数据。因此迫切需要开展芳烃组分的高压氧化实验，基于实验结果进一步发展高精度反应动力学模型。
基于此，燃烧动力学研究中心研究人员利用目前国内设计压力最高（50 atm）的双腔高压射流搅拌反应器平台，在温度450-1020 K，压力12 atm，当量比0.4和2.0条件下首次开展了1,3,5-三甲苯和1,2,4-三甲苯高压氧化实验。采用气相色谱和色谱-质谱联用对氧化产物进行定量和定性检测，获得多种反应中间产物摩尔分数信息。实验中首次观测并证实了临位多甲基取代苯在低温反应区间上的负温度系数效应。通过发展三甲苯综合反应动力学模型，揭示了燃料结构差异对反应活性的控制作用，对航空燃料低温再着火控制具有重要作用。
图1 三甲苯（T135MB、T124MBZ）和主要产物（CO、CO2）摩尔分数
图2 1,3,5-三甲苯和1,2,4-三甲苯高压氧化路径（转化率约25%）
研究成果为我国RP-3航空煤油在发动机中的清洁高效燃烧提供了理论基础，开发的燃料反应动力学模型可为我国航空发动机燃烧室的设计和优化提供重要支撑，将服务于我国新一代高性能航空发动机开发，助力空天经济的发展和军事实力的提升。
相关研究成果发表在国际期刊Combustion and Flame（IF=5.8）上。本研究获得国家杰出青年科学基金项目、国家重点研发计划等项目的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2024.113503
https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2024.113690