基于OpenFOAM的正十二烷喷雾燃烧数值模拟

为了深入理解喷雾射流的燃烧特性,基于OpenFOAM平台,采用有限速率PaSR燃烧模型和详细化学反应动力学相结合的方法,对ECN(engine combustion network)Spray A(正十二烷喷雾燃烧)无反应和有反应2种情况进行数值计算。无反应情况下验证了该喷雾模型的适用性和精确性,发现预测的液体和蒸气穿透长度、混合分数等喷雾特性参数与试验结果吻合很好;反应情况下分析了正十二烷喷雾点火经历的低温反应和高温点火2个过程,发现低温反应在未发生高温点火前持续放热,在高温点火后仍持续稳定进行,起到促进高温点火和稳定火焰作用;研究了不同燃油注入压力对点火延迟时间和火焰浮升高度的影响。     

矿井乏风瓦斯点火延迟时间的数值模拟

运用Chemkin程序和GRI-Mech3．0机理,对入射激波诱导下矿井乏风瓦斯点火延迟时间进行数值模拟．首先,根据乏风瓦斯燃烧基元反应敏感性分析,定义CH,峰值出现的时刻为乏风瓦斯的点火延迟时间,然后分别研究瓦斯体积分数、入射激波速度、乏风瓦斯初始温度、初始压力对点火延迟时间的影响．研究结果表明,入射激波速度、乏风瓦斯初始温度、初始压力的增加均会使燃烧温度增加,CH3峰值增加,点火延迟时间缩短,其中入射激波速度的增加缩短点火延迟时间的效果最为显著,乏风瓦斯体积分数变化（0．1％-1．0％）对点火延迟时间的影响较小．     

H2S对CH4着火延迟及还原NO影响的数值模拟

为探究硫化氢(H_2S)在常压范围内对甲烷(CH_4)燃烧特性的影响,采用化学动力学软件CHEMKIN-PRO中的0-D和PFR反应器研究H_2S浓度、过量空气系数、压力和温度对CH_4点火延迟及还原NO的影响,并通过敏感性和生成率分析揭示其化学动力学机理.模拟结果表明:H_2S的存在促进活性基团(H,O,OH,HO_2,HO_2和H_2O_2)的生成速率,从而缩短预混气点火延迟时间,且在低温下的影响作用更加明显;预混气点火延迟时间随着过量空气系数的增大而减小;压力增加亦有利于缩短点火延迟时间. H_2S可降低CH_4/H_2S还原NO的温度,主要由于H_2S降低CH_4的反应温度,使还原性基团CH_i在较低温度下产生;但同时H_2S的存在,在一定程度上降低NO的还原效率,且在贫氧气氛中的影响更为显著.     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

O2/CO2气氛下煤燃烧过程中孔隙结构演化特征

在固定床和热重分析仪上对云浮烟煤焦在不同温度下 O2/CO2燃烧特性进行研究.研究结果表明热解终温和温度是影响煤焦燃烧特性的主要因素,反应速率随着温度的升高而增大,并且热解终温对焦结构的影响是不可忽略的,这主要是由于孔隙结构的变化主要受挥发分析出和焦受热变形的影响. 云浮烟煤 O2/CO2燃烧过程中起始阶段比表面积（SBET）有增加趋势,这种现象的产生主要是由于煤焦燃烧过程中微孔的扩容和新孔的产生,并且比表面积与微孔孔容积的变化规律非常相似,而这由于 SBET主要是由微孔来提供,但当转换率大于 80 %时由于孔坍塌造成 SBET有减小的趋势.     

活性组分对丙烷燃烧影响的数值研究

等离子体助燃是一项能有效缩短点火延迟时间、提高燃烧效率和燃烧稳定性的新技术,可应用于航空发动机和汽车内燃机。为研究非平衡等离子体对丙烷燃烧的强化作用,建立了化学动力学模型,计算分析了非平衡等离子体中所含活性组分对丙烷燃烧的点火延迟时间和层流火焰传播速度的影响。计算结果表明:在丙烷/氧气/氩气预混气体中加入活性粒子(O、OH、NO)和自由基(CH2、CH3),混合气体的点火延迟时间减小2～3个量级,加入1%NO后,燃烧过程中活性中间体(O、OH、CH、CH2、CH3)的摩尔浓度会明显增加;化学当量比φ=0.8～1.0范围内的丙烷/空气预混气体燃烧时,加入自由基CH或CH3能增强层流火焰传播速度,在φ=0.8～1.2范围内,加入1%的活性粒子O、OH,火焰传播速度明显提高。     

渐缩微喷管内氢气掺混甲烷预混燃烧实验研究

在出口直径为1.6 mm的石英渐缩喷管中进行预混燃烧实验,研究不同当量比(实际供给的空气量与理论上可完全燃烧需要空气量之比)以及混合比R（甲烷体积与燃料总体积比）下氢气/甲烷/空气在微尺度喷管内稳燃范围、输出推力、壁面温度分布等特性.通过实验发现,混合比越大,对应的稳定流速下限越小,当量比越大,对应的稳定流速下限越大,其中Φ=0.7,稳燃流速范围最大.当Φ=0.6时,壁面最高温度随着R的增大而减小,但是当Φ=0.9时,壁面最高温度几乎没有变化.壁面最高温度出现在Φ=0.7时,为761 ℃.火焰分为2层,内层颜色基本为淡蓝色,表明燃烧中氢气被点燃.当输入功率（由氢气和甲烷的热值与各工况体积流量计算获得）Q=13 W时,Φ=1.0时得到的比冲最大,效率最高.     

含磷加氢精制催化剂的活性评定

研究了用浸渍法制备的含磷加氢精制催化剂反应活性随氢气流量、空速、反应时间和温度的变化情况。催化剂反应活性随氢气流量的增加呈波动性变化,在模型化合物-1条件下,氢气流量在26mL/min时催化剂的活性最大。催化剂在空速为1～3h~(-1)范围内,对于模型化合物-1,活性随空速变化较大。催化剂在低硫、氮质量分数的模型化合物-2条件下,稳定性较好,在连续反应122h后活性基本没变;在模型化合物-1条件下,加氢降烯烃的活性随反应时间降低比较明显,脱硫活性略有下降,脱氮的活性几乎没变化。随着温度从280℃升高到370℃,加氢脱硫和加氢降烯烃活性增加较快,加氢脱氮的活性随反应温度有一些波动。实验证明,在反应温度为370℃,压力为2.88MPa,氢气流量为26mL/min,空速为1.7h~(-1)时,催化剂对含硫、氮质量分数较高的模型化合物-1的活性较高。     

基于Aspen Plus的氢气在烃类中溶解度的计算

运用Aspen Plus闪蒸分离模块建立模拟流程,采用5个物性方程和经验公式计算氢气在十六烷-四氢萘混合溶剂中的溶解度.四氢萘的质量分数为0.226、0.339和0.539,氢气的质量流率为1.5kg/h,混合溶剂的质量流率为500kg/h,在温度为453.15,543.15和623.15K,压力为1~11 MPa条件下,对氢气在十六烷和四氢萘混合溶剂中进行闪蒸平衡分离计算.对比模拟值和测量值,探讨物性方程的使用范围.在温度为543.15K和673.15K,压力为3~10 MPa条件下,选取SRK和PENG-ROB物性方程和经验公式,分别对氢气在十氢萘、四氢萘、十二烷和十六烷中进行溶解度计算.结果表明,在一定的温度和压力下,选择合适的物性方程,运用Aspen Plus闪蒸分离模块可准确计算氢气在烃类中的溶解度.     

偶联剂对大麻/聚乳酸复合材料力学性能的影响

为了改善大麻/聚乳酸复合材料的力学性能,采用不同质量分数的硅烷偶联剂KH550、KH580和AH151对大麻纤维进行表面改性处理,分析偶联剂种类及其质量分数对大麻/聚乳酸复合材料力学性能的影响。结果表明,KH550对大麻/聚乳酸复合材料力学性能改善最好,AH151对大麻/聚乳酸复合材料力学性能改善最小。偶联剂对大麻/聚乳酸复合材料力学性能影响的质量分数有一个临界值,当偶联剂的质量分数小于临界值时,大麻/聚乳酸复合材料的力学性能随质量分数的增加而增大,超过临界值后,大麻/聚乳酸复合材料的力学性能随质量分数的增大而减小。     

O2/CO2气氛下污泥与烟煤混合燃烧特性

在热重分析仪上开展不同参数条件下污泥和烟煤混合燃烧实验,分析污泥掺混比、升温速率和O2/CO2体积比对燃烧特性的影响,进行燃烧动力学分析.结果表明:O2/CO2气氛下,烟煤掺烧污泥的混合燃烧特性表现为污泥与烟煤燃烧叠加的结果;随着升温速率由10℃/min增加至25℃/min,着火和燃尽温度均升高,着火时间延迟和燃尽时间延长,表观活化能升高;随着O2/CO2体积比的增大,着火温度和燃尽温度均降低,着火时间提前且燃尽时间缩短,表观活化能降低,当O2体积分数超过30%时,燃烧性能改善的幅度越来越小.     

过贫当量比下贫预混旋流燃烧室点火燃烧特性

为确保贫预混旋流燃烧室能在过贫当量比条件下具有良好的点火性能,基于不同的点火燃料比,对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比为0.013~0.502条件下的点火燃烧特性进行了实验研究.结果表明:在点火燃料比为10%、15%和20%条件下,贫预混旋流燃烧室能够分别在当量比区间为0.063~0.251、0.042~0.377和0.050~0.502内成功点火,并通过实验结果拟合计算出最小点火当量比分别为0.063、0.039和0.011;而燃烧室在点火燃料比为5%条件下均点火失败;随着当量比的减小,由于空气流量的增加而导致燃烧室出口温升逐渐减小,燃烧室烟气排放中CH4和CO浓度增加,燃烧效率也随之降低;虽然燃烧室在高点火燃料比时能够在更贫的当量比条件下点火成功,但由于过多的空气流量而导致燃烧室燃烧效率降低和污染物排放增多.保持一定的点火燃料流量对贫预混旋流燃烧室在过贫当量比条件下高效快速启动十分有利.     

基于铸造法制备铁基表面复合材料:表面复合层的点火特征

对铸造烧结法制备铁基表面复合材料，表面复合层的点火特征进行研究。液态成形条件下，表面复合层燃烧行为的研究表明，金属液作为热场在满足一定温度条件时（金属液的浇注温度足够高），能够激发表面复合层体系内的化学反应；表面复合层被点燃的过程表现出典型的热平板点火特征；但由于体系内“稀释”剂的存在以及液态成形热交换的特殊环境，表面复合层体系内燃烧反应的点火延迟时间较长。     

掺混氢气对乙醇燃烧的化学作用模拟研究

为了更好地了解掺入氢气对乙醇燃烧时的作用机理,利用CHEMKIN PRO程序,对稀燃工况下的乙醇/氢气预混层流燃烧进行了化学反应动力学分析,采用一种辨识方法,对不同掺氢体积分数下,掺氢对乙醇燃烧的主要产物和中间产物的化学作用及热/稀释作用进行了区分、研究和讨论.结果表明:氢气的化学作用会促进乙醇消耗和中间组分的生成,并使其反应摩尔分数分布曲线向反应上游移动,增加反应速率;而热/稀释作用会抑制组分的生成,使反应摩尔分数分布曲线向下游移动,减缓反应速率;综合作用会使掺氢后的化学反应提前发生,并对有害污染物甲醛的产生起到抑制作用.     

Fe-Cr基陶瓷复合耐磨材料绝热温度的热力学计算

根据热量平衡的关系,对不同Fe/Cr质量比和硬质相含量下,Fe-Cr基陶瓷复合耐磨材料Al-Fe_3O_4-CrO_3-B_4C-Ti系的绝热温度进行计算。结果表明:m(Fe)∶m(Cr)=4∶1～9∶1时,硬质相的质量分数由10%增加到40%,Al-Fe_3O_4-CrO_3-B_4C-Ti系的绝热温度均大于1 800 K,燃烧合成反应能自持;m(Fe)∶m(Cr)=7∶1～9∶1时,随两者质量比的降低,反应体系绝热温度的增加幅度不大;m(Fe)∶m(Cr)6∶1时,反应体系的绝热温度增加幅度较大。通过燃烧合成实验验证了体系绝热温度理论计算结果的正确性,基于热力学计算分析及燃烧合成实验结果综合考虑,最佳的m(Fe)∶m(Cr)=6∶1,硬质相的质量分数为30%。     

二甲醚部分氧化重整制氢的研究

应用自制的二甲醚部分氧化重整制氢的实验及测量系统研究了催化剂、温度、空醚比与流速对反应过程的影响.结果表明,以活性碳为载体的金属Fe催化剂能够提高二甲醚部分氧化反应的反应速率;在常压、温度550～650℃条件下,随温度的升高,二甲醚转化率及氢气产率、甲烷、一氧化碳含量都呈增加趋势;在空醚比0.6～2.5条件下,空醚比的增加能够提高二甲醚转化率,减少甲烷的体积百分含量;随流速的增加二甲醚的转化率和氢气产率同时降低.     

旋转火焰燃烧特性的实验研究

以液化石油气为燃料,研究了旋转火焰的燃烧特性。结果表明,旋转火焰内部的燃烧温度分布不仅与火焰的旋转速度有关,而且与燃烧产物的含量存在很大的关系。燃烧在火焰的轴中心线处,在旋转速度低于78 r.min-1下,火焰燃烧的温度随着其旋转速度的增加而增加;火焰旋转速度大于78 r.min-1后,增加火焰的旋转速度,温度反而降低。燃烧产物中CO质量浓度随火焰高度和直径的增加逐渐减小,且随火焰旋转速度的增加逐渐减小;在较低的旋转速度下,燃烧产物中CO2的含量随火焰旋转强度的增加而增加,但在较高的火焰旋转速度下,随火焰旋转强度的增加燃烧产物中的CO2含量反而降低,而且在高的旋转速度下火焰外部的CO2含量反而比其内部的CO2含量要低。     

O2/CO2条件下煤泥球团的燃烧特性实验研究

在水平管式炉中O2/CO2条件下对山西吕梁烟煤煤泥进行燃烧实验,研究颗粒直径及氧气体积分数对预干燥煤泥球团燃烧特性的影响.采用热电偶测量煤泥球团燃烧过程中内部温度的变化,并通过高清摄像机同步记录预干燥煤泥球团的燃烧过程.在炉温为800℃、氧气体积分数分别为10%、20%、30%、40%以及50%的条件下,对6～12 mm范围内4个不同直径的煤泥球团进行燃烧实验研究.结果表明:不同氧气体积分数下的预干燥煤泥球团呈现出不同的着火方式;煤泥球团内部达到的最高温度随着氧气体积分数的提高而提高,但与煤泥球团直径关系不大;同一粒径下,富氧燃烧条件有助于煤泥的燃尽;煤泥着火延迟时间随氧气体积分数的提高而减少.     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

流化床O_2/CO_2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究

流化床O_2/CO_2燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一.为进一步探究工业流化床O_2/CO_2燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O_2和CO的浓度,深入考察了O_2/CO_2取代O_2/N2后,不同的床层温度(800~900℃)、O_2浓度(4%~10%)及颗粒粒径(2~8 mm)下的烟煤焦燃烧特性.实验结果表明:O_2/CO_2气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O_2浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加;煤焦燃烧反应由O_2扩散控制,气化反应由反应动力学控制;相较于O_2/N2气氛,低床温下,O_2/CO_2气氛下的O_2扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因;高床温下,除O_2/CO_2气氛下O_2的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.