總結(jié)，以便對完整的航空煤油組分結(jié)構(gòu)進行理論分析。
1 研究過程
設(shè)計好的各配比的組分含量見表1。
1.1 航空燃料的密度
1.1.1 密度計算方法——基團鍵貢獻法
密度在航空燃料的性質(zhì)中占有很重要的位置。考慮到機身自重，所以要分析出燃料隨配比變化而有所有益的一項，減輕飛機的重量，從而降低能耗。
研究密度有多種方法，比如LK方程、基團貢獻法、基團鍵貢獻法等。綜合各方法利弊，選擇基團鍵貢獻法作為該文研究密度的計算方法。
基團鍵貢獻法中的基團鍵是指兩個基團之間形成的化學(xué)鍵。基團鍵的重點是考慮化學(xué)鍵所連接的基團，而不是原子。相比較其他計算密度的方法而言，基團鍵貢獻法不僅計算量較小，而且考慮了基團的特性和鏈接性，能夠更好地區(qū)分同分異構(gòu)體，有著較強的區(qū)分結(jié)構(gòu)的能力，有助于研究組分結(jié)構(gòu)對密度變化的影響。
1.1.2 相關(guān)計算公式
定義GBi以確定基團鍵的種類和數(shù)目：
GB
密度ρ與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對于基團鍵GBi表征的分子結(jié)構(gòu)而言，其密度ρ必然為GBi的函數(shù)，使用數(shù)學(xué)方法做近似的處理。考慮到不同基團鍵對密度的影響程度不同以及當基團鍵數(shù)目無限增加時密度區(qū)域有限值這一客觀事實，故選擇密度函數(shù)為：
其中，n（GBi）為基團鍵GBi的數(shù)目；ci和wi為與基團鍵特性有關(guān)的常數(shù)。這些常數(shù)均可查表獲得。
1.1.3 計算結(jié)果與討論
分析比較表2數(shù)據(jù)可知，設(shè)計配比為配比3的航空燃料密度值最大。配比2設(shè)計中直鏈烷烴組分與配比3相同，配比4設(shè)計中單支鏈烷烴組分與配比3相同，配比5設(shè)計中雙支鏈烷烴組分與配比3相同，這3種配比密度值都低于配比3，因此沒有一種結(jié)構(gòu)對密度產(chǎn)生明顯影響。而相對與配比1，配比3提高了各組結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)較高化合物的組分含量，配比1為全組中計算密度值最低的配比，因此可以認為主要是各組結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)目對混合物密度值造成影響。
1.2 航空燃料的熱值
1.2.1 熱值的計算方法——鍵能法
考慮到當代噴氣式飛機的高速飛行需要強大的動力支持，所以要分析不同配比下的航空燃料的熱值，選擇出其中熱值較高的一項，從而提高飛行效率，減小不必要的能耗。
在物理化學(xué)中，求解熱值有多種方法。該文選擇鍵能法作為航空燃料熱值的計算方法。
鍵能法中，化學(xué)鍵的鍵能定義為把拆開1 mol某化學(xué)鍵所吸收的能量，通常用E表示，單位為kJ/mol或kJ·mol-1。那么，反應(yīng)熱ΔH等于反應(yīng)物的鍵能總和與生成物的鍵能總和之差。而1 mol某物質(zhì)的燃燒所放出的熱量為該物質(zhì)的摩爾生成熱即為該物質(zhì)的熱值。
1.2.2 相關(guān)計算公式
對于化學(xué)反應(yīng)而言，其實質(zhì)就是舊鍵的斷裂和新鍵的生成，所以說化學(xué)鍵在燃燒中是需要十分關(guān)注的一項。熱值的相關(guān)計算公式為：
ΔH=∑E（反應(yīng)物）-∑E（生成物）
其中，ΔH為反應(yīng)物的熱值解；∑E（反應(yīng)物）為反應(yīng)物的鍵能總和；∑E（生成物）為生成物的鍵能總和。
對于航空燃料而言，其中的組分大部分為烷烴。而對于烷烴而言，其燃燒反應(yīng)過程中，化學(xué)鍵類型主要為：C-C、C-H、O=O、C=O、O-H，查詢JANAF表，得到5種化學(xué)鍵的鍵能。
1.2.3 計算結(jié)果與討論
分析比較表3的數(shù)據(jù)可知，在6組設(shè)計配比中配比3的熱值最大。配比2與配比6中碳原子數(shù)目相同，而結(jié)構(gòu)不同，但二者的熱值計算結(jié)果確實一致。同樣地，配比4與配比5亦是如此。由此可見，未有一種結(jié)構(gòu)對熱值產(chǎn)生明顯影響。而由配比1到配比2、6到配比4、5再到配比3，各組的結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)較高化合物的組分含量增加，因此可認為混合物熱值的主要影響因素為各組結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)目。
1.3 航空燃料的閃點
1.3.1 閃點計算方法——基團貢獻法
當代噴氣式飛機由于飛行速度很快，所以需要在短時間內(nèi)燃燒大量的航空燃料來提供動力。航空燃料的閃點若是不高，那么其進入燃料室中便極其容易發(fā)生劇烈的反應(yīng)。
常見的閃點計算方法有多種，例如Lydersen方程、定位分布貢獻法、基團貢獻法等等。其中基團貢獻法利用烴類混合物中每一個基團的特性分別進行計算，其計算結(jié)果與烴類混合物的閃點實驗值較為接近，選取基團貢獻法作為該文關(guān)于閃點的計算方法。
在基團貢獻法中，通過對于不同的基團的分析，從而進一步確定分子的結(jié)構(gòu)特征，更好地估算出混合物的閃點。因此也能夠從六組配比中選擇出閃點較高的一組，提高航空燃料的性能。
1.3.2 相關(guān)計算公式
混合物的閃點是很重要的，但是對于混合物閃點實驗上的測定卻是十分困難的。所以，綜合Li的體積分數(shù)法和Castillo的熱容分數(shù)法，可將分子結(jié)構(gòu)特征與混合物臨界溫度的關(guān)系表示為：
δi=，TδiT閃點i
式中，Yi為組分i的摩爾分數(shù)；T閃點i為組分i的閃點；Fi為與分子結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的函數(shù)。而由氣體熱容數(shù)據(jù)確定的Fi與分子結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系為：
式中R=1.99，分子結(jié)構(gòu)特征參數(shù)ai、bi，參數(shù)Δi的數(shù)值均為查表得出。
1.3.3 計算結(jié)果與討論
分析比較表4中的數(shù)據(jù)可知，設(shè)計配比為配比6的航空燃料的閃點最大。同時，配比3的閃點也為較高，僅與配比6的閃點相差約為0.304 K，與配比6的閃點幾乎相近。配比1與配比5中碳原子數(shù)較少的組分含量較多，配比2和配比4支鏈的組分含量較少。而相比較其他配比而言，配比3和配比6中雙支鏈的烷烴含量較多。因此可以認為主要是各組結(jié)構(gòu)中支鏈數(shù)目對混合物閃點造成影響。
2 數(shù)據(jù)整理與分析
綜合第2節(jié)的研究過程中的結(jié)論與分析，可以粗略地總結(jié)出與航空燃料的密度、熱值以及閃點的變化規(guī)律。第一，航空燃料組分中的碳原子數(shù)目對密度有著主要的影響，碳原子數(shù)的烷烴含量越多，那么航空燃料的密度就越大。第二，航空燃料的熱值大小仍取決于其中高碳含量組分的多少，高碳含量組分越多，其熱值越高。第三，對于閃點而言，其大小則取決于燃料中支鏈的多少，支鏈較多、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的烷烴組分的含量越大，航空燃料的閃點就高。
綜合表4以及表3，配比3的熱值、閃點在所設(shè)計的6種配比中較大，這用于航空燃料可以對于發(fā)熱量以及安全性方面作出基本的保障。雖然配比3的密度在所設(shè)計的六種配比中的密度較大，可能會對航空發(fā)動機燃油總質(zhì)量造成一定的影響。但是對比熱值和閃點的優(yōu)勢而言，該文認為其優(yōu)勢可以彌補密度所造成的損失。因此，在目前6種設(shè)計配比中，配比3為最優(yōu)配比。
由于此次研究僅針對航空煤油RP-3的26.2%進行，旨在定性層面對不同配比下航空燃料性質(zhì)隨混合物各組分結(jié)構(gòu)、碳數(shù)變化的可能變化進行研究，日后可以參考此次研究結(jié)果，對完整的航空煤油組分結(jié)構(gòu)進行理論分析，從而選擇出更好的、優(yōu)質(zhì)的、先進的航空燃料配比組成。
3 結(jié)語
該文針對傳統(tǒng)航空燃料性能上的不足，利用改變航空燃料的配比的方法來提高燃料的性能。通過對不同配比下航空燃料性能的分析，發(fā)現(xiàn)有些配比下的航空燃料的性能有著明顯的提高。同時，筆者也總結(jié)出分子結(jié)構(gòu)、碳原子數(shù)目等與航空燃料性能之間的規(guī)律，以便分析其他航空燃料性能的使用。綜上，該文完成了不同配比下航空燃料性質(zhì)變化的理論分析，為未來先進航空燃料發(fā)展提供了一定理論基礎(chǔ)。
參考文獻
[1]趙晶，郭放，阿魯斯，等.未來航空燃料原料可持續(xù)性研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2016（11）：2378-2385.
[2]張維濤，于雁武.集團貢獻人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成法估算有機物物性研究進展[J].中國粘膠劑，2015（4）：46-48.
[3]石強，左陽，戎宗明.混合溶劑閃點的預(yù)測[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2015（2）：165-169.