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摘要：为了开展四氢呋喃作为发动机代用燃料的喷雾燃烧的数值模拟，对四氢呋喃的密度、黏度、表面张力、蒸气压、气化潜热、比热容、导热系数、扩散系数等随温度变化的热物理特性参数进行了估算，并基于分子理论提出了四氢呋喃各参数与温度的关系式。估算过程中应用了对比态原理与基团贡献法，通过分子状态的相对特性值或分子结构预测出了相应物性，对分子偏心带来的影响进行了修正。通过与实验值的比对，各参数关系式的最大误差均小于10%，可满足喷雾和燃烧过程数值模拟的要求；四氢呋喃在能量密度、黏度、饱和蒸气压和沸点等方面具有的优势，使其有望成为内燃机的代用燃料；运用分子理论，在较少实验值的基础上可以得到满足数值模拟要求的热物性数据。
关键词：四氢呋喃；热特性；分子理论
中图分类号：TK407.9
文献标志码：A
文章编号：0253-987X（2015）03-0044-06
化石燃料消耗引起的能源枯竭以及环境恶化使生物质燃料受到越来越多的重视，第二代生物质燃料不再以粮食为原料，转而使用非粮作物。四氢呋喃（tetrahydrofuran，THF）是一种有机合成原料，是性能优良的溶剂，被广泛应用于有机化学工业和制药工业，目前主要的工业生产方法有糠醛法、雷由法（Reppe法）和以顺酐为原料的催化加氢法等，炼制原料包括秸秆、玉米芯、木屑等生物质，生产成本较低，符合第二代生物质燃料特征。四氢呋喃分子中含有氧元素（C4H8O），无不饱和碳键，其与乙醇相比在能量密度、黏度、气化潜热、沸点等特性上有较大优势，可以作为内燃机生物质燃料和助溶剂使用。为了探究这种物质在内燃机中应用的潜力，有必要对其相关特性进行理论与实验研究。
燃料的喷雾和燃烧性能会影响内燃机的工作方式和工作特性，所以探究四氢呋喃的喷雾和燃烧特性，即在大测试范围内针对新型燃料进行喷雾和燃烧的数值模拟及台架实验具有重要意义。
数值模拟时需要预知燃料的热物性参数，然而在内燃机工作过程中燃料经历了大跨度的温度及压力变化，加热是由燃料喷入气缸到燃烧中后期的过程，若采用数值方法模拟如此大的工况范围，各种物性参数必须作为变量来考虑。对于液态燃料，需要定量地预知其在常温到临界温度之间的各种热物性参数以及转变为气相之后的某些重要热物性参数。
文献[2-3]成功地基于分子理论对二甲醚和生物柴油的热物性进行了大温度范围的预测。目前，四氢呋喃热物性的实验测定工作很少，文献[4-6]涉及到了参考值，文献[7-10]对液相四氢呋喃在某些温度下的黏度和密度进行了测量。本文利用分子理论对四氢呋喃的热物性进行了预测，为后续的数值模拟做准备。
1基本物理性质
通过查阅文献，得到了四氢呋喃在某些特定条件下的基本参数，并在表1中与其他常用燃料进行了对比。
2采用分子理论估算四氢呋喃的热物性参数
对大跨度温度变化的内燃机工作过程进行气缸内（尤其是喷雾过程）的多维数值模拟，需要掌握不同温度下液体燃料的热物性，包括密度、沸点、黏度、蒸气压、气化潜热、表面张力、焓、导热系数、扩散系数等，这些参数均随温度、压力等状态参数的变化发生很大变化，仅靠表1数据远不能满足需求，所以本文通过热力学理论或根据实验值进行预测。估测值并非精确，但在特性参数缺乏而客观上又必需要求时可以满足或部分满足数值模拟的需要。
2.1分子理论
预测热物性的过程中用到的经验公式是通过观察物质的共性提出的，公式中的经验参数根据不同物质将发生相应的变化来体现各种物质宏观上的差异性，这些差异性通常归结于物质微观结构的差异。
分子理论已大量应用到未知流体热物性的估测中，该理论认为流体的宏观特性与微观分子的结构、大小及运动速度等密切相关。采用分子理论估算流体热物性时涉及到了对比态原理、分子结构、分子极性等。