通用甲烷层流预混火焰半详细化学动力学机理

提出了一套用于描述甲烷－空气层流预混火焰的含有N化学和C2化学反应的半详细化学动力学机理，由79个基元反应和32种物质组成，根据需要可进一步简化。计算和实验结果对比表明，该机理能合理描述火焰结构和传播速度，其中N化学对火焰传播速度没有影响，C2化学在富油时会提高传播速度。对N化学反应的计算分析表明，在不同当量比条件下，NOx可由不同含N物质所组成，调整CH＋N2^-=HCN N的速率常数可改变NOx的生成浓度。     

氢气和水蒸气对甲烷/空气层流火焰传播速度的影响

为了较为系统地认识氢气和水蒸气对火焰传播的影响，应用CHEMKIN-Ⅱ程序计算了甲烷/空气层流预混火焰传播速度，并就水蒸气和氢气对火焰传播速度的影响做了定量计算与分析．结果表明：氢气能使火焰传播速度大幅提高，且当初始温度升高时，氢气对火焰传播速度的提高作用增大；水蒸气的加入会使甲烷/空气层流预混火焰传播速度降低，并且在空气过量时燃料越少其影响越弱；当氢气和水蒸气同时加入预混气时，水蒸气的加入会使氢气对火焰传播速度的提高作用减弱．     

甲烷-空气-稀释气的层流燃烧特性研究

介绍并分析了甲烷-空气-稀释气混合气在定容燃烧弹内进行火花点火预混层流燃烧的试验结果。通过对马克斯坦长度和马克斯坦数的测量研究了火焰拉伸对燃烧速度的影响。结果表明,马克斯坦数的数值仅仅与未燃气性质和初始条件相关,而与火焰的发展无关。同时在总结试验和计算数据的基础上,得到了计算甲烷-空气-稀释气层流燃烧速度的计算公式。公式表明,对于甲烷-空气混合气,压力对层流火焰的发展起到了阻碍作用,而温度起了推进作用。     

火焰拉伸对甲烷/空气和丙烷/空气层流燃烧速度的影响

通过拓展层流火焰消耗速度的概念,将其定义与反应进程变量（progress variable）的定义相结合,给出了一个积分层流燃烧速度的广义定义。在准一维稳态系统中,分析了积分层流燃烧速度,以及其与未燃气体的位移速度和已燃气体的位移速度之间的关系。对甲烷-空气和丙烷-空气拉伸层流预混火焰在常温常压下进行了数值计算,研究了在不同当量比下,火焰拉伸对层流燃烧速度的影响,并得出了马克斯坦长度。对基于通过火焰前锋放热率的积分层流燃烧速度和基于燃料消耗率的积分层流燃烧速度进行了比较。结论表明低拉伸火焰的马克斯坦数与渐进分析一致,也与球形火焰获得的实验数据吻合。     

甲烷量对模拟煤层气层流燃烧速度的影响

利用定容燃烧弹和高速纹影摄像系统研究了常温常压下模拟煤层气中甲烷含量对其层流燃烧速度的影响,得到了在不同当量比下甲烷含量对模拟煤层气层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度的影响规律.结果表明,随着模拟煤层气中甲烷含量的降低,混合气的拉伸层流火焰传播速度、无拉伸层流火焰传播速度在不同的当量比下均减小;化学当量比附近,不同甲烷含量对应的无拉伸层流火焰传播速度之间的差值较大.无拉伸层流火焰燃烧速度随甲烷含量变化的规律与无拉伸层流火焰传播速度变化的规律类似.     

乙醇-空气预混层流火焰特性的试验研究

利用纹影高速摄像技术,在定容燃烧弹内试验研究了温度为358~500 K,当量比从0.7到1.4的乙醇—空气预混层流火焰的传播特性。通过研究乙醇—空气火焰传播速度与层流火焰拉伸的关系,获得了乙醇—空气火焰无拉伸层流燃烧速度。结合先前研究结论,总结得出了乙醇—空气层流火焰无拉伸层流燃烧速度的经验公式。通过计算乙醇—空气层流火焰质量燃烧速率,确定了乙醇—空气层流火焰的全局活化温度以及Zeldovich数随混合气当量比的变化关系,并由此提出了乙醇—空气层流火焰燃烧速度的的替代拟合公式。通过比较,发现本研究结论与以前结果很吻合。     

甲烷/空气湍流射流扩散火焰的化学动力学模拟

利用几率密度函数方法求解标量场及用统计矩方法求解流场相结合的手段，对甲烷／空气湍流射流扩散火焰结构进行了计算模拟，其中，考虑了从简化到详细的三种不同规模的甲烷氧化反应动力学机理．计算结果与已有的实验结果进行了比较和分析，表明该模型可以很好地预测流场变化．在预测主要组分和温度时，三种机理具有相同的效果，在预测小浓度组分时，详细机理具有更好的效果．此外，简化机理能够极大地缩短计算时间，因而在工程应用中有着巨大的潜力．     

掺混氢气对甲烷/空气一维层流火焰的影响

当前社会对燃气的需求量巨大,通过可再生能源产生的氢气可以作为供给终端用户的燃料,但由于修建纯氢气的输运管道存在投资成本较高的问题,因此,通常选择将氢气掺入天然气管道进行输送应用。使用Chemkin-Pro软件对甲烷掺氢层流预混燃烧进行模拟,从化学动力学的角度探究掺混氢气对火焰的影响。结果表明：随着氢气比例的提高,火焰温度提高,但幅度不大,而当量比对燃烧温度的影响相对更大。掺氢后CO浓度的减少是因为甲烷的含量减少,掺混氢气后火焰燃烧速度增加。研究成果可为氢气掺混天然气的应用提供一定参考。     

预热温度对高温空气/甲烷扩散火焰中NO生成的影响

NO生成机理的基础研究对利用高温空气燃烧技术非常重要.本文以对向流扩散火焰为对象,利用基于详细基元反应动力学模型的燃烧数值解析方法研究了预热温度对高温空气(630～1 800 K)/甲烷扩散火焰中氮氧化物生成的影响.结果表明,随着预热温度的逐渐升高,NO的生成机理发生显著变化,扩散火焰中的NO生成主要由快速型机理控制变...     

超低浓度甲烷在惰性颗粒中燃烧特性的实验研究

通过实验的方法研究了固定床内,惰性颗粒对超低浓度甲烷燃烧特性的影响特性,同时考察了进气速度、进气浓度和床层温度对甲烷转化率的影响规律。实验表明,在反应温度较低时,几乎没有CO2生成,CH4氧化生成了中间产物CO;随着反应温度的升高,CO逐渐被氧化为CO2;惰性颗粒的加入提高了CH4的着火温度,并在高温段抑制了甲烷的转换效率;惰性颗粒的存在降低了CO最大峰值所对应的温度;随着进气速度的降低,床层温度的升高,甲烷转化率增大;而改变甲烷浓度对甲烷转化率基本没有影响。     

二甲醚火焰传播速度的实验研究

用对冲火焰法测量了二甲醚的层流火焰传播速度．在室温和常压下得到了当量比为0．76～1．76的火焰速度,并与文献中其他方法测量得到的结果进行了比较,表明本实验所得二甲醚的火焰传播速度相对更为合理．实验得到二甲醚的火焰传播速度最大值约为54cm／s．     

甲烷/空气湍流扩散燃烧的小火焰模拟

以甲烷/空气的湍流射流扩散燃烧为基础,对通用的反应标量方程在火焰面上进行坐标变换,建立二维稳态湍流扩散火焰的小火焰模型。利用湍流流动模型、甲烷/空气半详细化学反应机理和小火焰模型耦合求解,分别计算出过量空气系数为1.2和1.4的速度在燃烧室内的分布状况以及混合分数、温度和组分的径向分布,模拟结果表明小火焰模型能够用来描述燃烧室内燃烧机理。     

异丁醇/辛酸甲酯混合燃料预混层流火焰速度的研究

针对生物柴油与醇类混合燃料燃烧机理研究的需求,采用高速纹影光学诊断方法和定容燃烧弹系统试验研究了异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的预混层流燃烧特性。测量了不同当量比和初始压力条件下的不同配比混合燃料—空气预混合气的层流燃烧火焰速度,火焰拉伸率以及马克斯坦长度。分析了燃烧初始条件及异丁醇掺混比例对混合燃料的无拉伸层流燃烧速度及火焰不稳定性的影响规律。结果表明:异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的拉伸层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少,随着初始压力的增加而减小;马克斯坦长度随着当量比和初始压力的增加而减小;异丁醇掺混比例的增加加快了层流火焰燃烧速度,但使得火焰的不稳定性倾向增加。     

富氧空气/甲烷扩散燃烧的NO抑制机理的数值研究

为了开发适用于富氧燃烧的NO抑制技术,以对向流扩散火焰这一扩散燃烧的典型形态为对象,利用所建立的基元反应动力学模型研究了燃料稀释（CO2为稀释剂）以及速度梯度的改变对富氧空气/甲烷扩散火焰中NO生成的影响.用CO2稀释燃料甲烷得到的计算结果表明,随着燃料中CO2浓度的增大,火焰结构和NO生成的机理发生了显著变化,NO排放指数EINO（Emission index of NO）单调减少.改变速度梯度发现,随着速度梯度的增加,热力型NO质量生成速率以及EINO快速下降.这些研究表明,用CO2稀释燃料以及增加速度梯度可以减少富氧火焰中NO的生成.     

层流预混滞止火焰结构及传播速度实验研究

火焰传播速度反映了火焰和燃料燃烧的基本特性,但火焰传播比较复杂,受流动,传热以及化学反应等众多因素的影响,在实际的系统中,无法得到理想化的平面燃烧波,而利用平面滞止火焰可外推得到零位伸率下的火焰传播速度,即理想层流火焰传播速度。在建立稳定的层流预混滞止火焰的基础上,用激光多普勒仪测定了滞止流动的速度分布,得到了火焰结构的一些特征,并根据同一空燃比下不同位伸率与当地火焰传播速度的关系,获得了理想层流