航空燃料替代物逆流扩散火焰中碳烟形成与多环芳烃前体化学机制的突破性研究

【编辑推荐】本研究通过（CDFs）逆流扩散火焰实验与（LLNL）动力学模型，揭示了航空燃料替代物（SATF/Jet A）中异辛烷及混合组分对多环芳烃（PAHs）和碳烟体积分数（SVF）的形成机制，提出匹配物化特性的高保真替代燃料方案，为航空减排技术提供关键数据支撑。

　　

Highlight

航空燃料及其替代混合物燃烧过程中碳烟形成的研究仍较匮乏。本研究通过创新性实验，测量了常见航空燃料替代组分（异辛烷）及Jet A替代混合物在逆流扩散火焰中的气相物种、C₁₆以下多环芳烃（PAHs）和碳烟体积分数（SVF），揭示了前体分子向初级碳烟颗粒转化的燃料依赖性机制。

Kinetic model and numerical simulation

最新版LLNL综合动力学模型（含线性烷烃、异构烷烃、环烷烃及甲基化芳烃等组分）被用于模拟。该模型首次整合了劳伦斯利弗莫尔国家实验室化学库中广泛的候选燃料分子，为高保真替代燃料设计奠定基础。

Iso-octane

火焰#5结构模拟显示（图2a），模型准确预测了异辛烷分解及主要产物趋势。苯、苯乙烯、茚和萘（A₂）的浓度被高估，而甲苯、乙苯与苊烯（A₂R₅）的预测与实验吻合（图2b-e）。

Conclusions

研究发现：萘的主要形成路径涉及C₃H₃和C₇H₅自由基，而苊烯通过C₅物种加成反应生成。高应变率条件下，HACA（氢提取-乙炔加成）路径对PAHs生长的贡献显著降低。

Novelty and significance statement

本研究首次系统揭示了航空燃料替代组分中PAHs至碳烟的转化路径差异，建立的LLNL模型能精准捕捉温度、前体物种及SVF分布，为航空燃料碳烟预测模型提供了关键实验与理论框架。